JP5057038B2 - Faucet generator - Google Patents
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Description
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に関する。 The present invention relates to a faucet generator that generates electricity using the flow of running water supplied to a faucet.
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。 Conventionally, there has been known an automatic faucet device that senses a hand inserted under a faucet with a sensor and automatically discharges water from the faucet. There is also known a device that includes a small generator in the flow path of such an automatic water faucet device, stores electric power obtained by this generator, and supplements electric power of a circuit such as the above-described sensor.
例えば、特許文献1、2には、水流の力を受けて回転される回転体の回転軸が、水流が流れる方向に対して略平行ないわゆる軸流式の発電機が開示されている。特許文献1では、流体が流通する流路に羽根部を有する水車を設け、その水車の羽根部の外周側に略円筒状のマグネットが固定されている。特許文献2では、マグネット自体を水車形状にしたものが給水管の内部に回転自在に設けられている。
For example,
このような軸流式の発電機において、管壁(流路)の外側にコイルおよびマグネットの磁束をコイルに導くためのヨークが配設されている。このような構成において、ヨークが管壁を介して対向する流路内に、水流がよどんで停滞するような個所があると、水流中に鉄粉等のごみが含まれる場合、その鉄粉等がヨークに引き寄せられやすく管壁内面に付着しやすい。この付着物が流路内に堆積すると、水車の回転が妨げられ、水流エネルギーから回転体の回転エネルギーへのエネルギー変換効率、すなわち発電効率の低下をまねく可能性がある。
本発明は、ヨークが外側から対向する管壁の内面に鉄粉等のごみが付着しにくい水栓用発電機を提供する。 The present invention provides a faucet generator in which dust such as iron powder hardly adheres to the inner surface of a tube wall facing the yoke from the outside.
本発明の一態様によれば、大径部と前記大径部の下流側で前記大径部の内径よりも小さい内径を有する小径部とを含む給水流路に設けられ、前記給水流路を水が流れる方向に沿う回転軸に設けられた動翼と、外周面に周方向に沿って交互にN極とS極とが着磁された円筒状を呈し、前記大径部に設けられ且つ前記動翼の回転にともなって回転することにより起電力を生じさせるマグネットと、前記動翼および前記マグネットの上流側の前記給水流路に設けられ、旋回流を形成する静翼と、前記小径部の周囲を囲んで円筒状に巻回され、前記マグネットの下流側の端面に対向して設けられたコイルと、前記コイルを囲んで前記マグネットの下流側に設けられ磁性体からなるヨークと、を備え、前記ヨークは、前記コイルの内周側部分に対向する内周部と、前記コイルの外周側部分に対向する外周部と、前記内周部および前記外周部から上流側に突出し周方向に互いに離間して設けられ前記マグネットの前記外周面に対向する複数のインダクタと、を有し、前記内周部の上流側の端部に且つ前記複数のインダクタの周方向の間に下流側に向かって欠切されている欠切部を有することを特徴とする水栓用発電機が提供される。 According to one aspect of the present invention, provided in the water supply passage including a small diameter portion having a smaller inner diameter than the inner diameter of the large diameter portion at the downstream side of the large diameter portion large diameter portion, the water supply channel exhibited moving blades provided on the rotary shaft along the direction in which water flows, a cylindrical shape and the N and S poles magnetized alternately on the outer circumferential surface along the circumferential direction, and is provided in the large diameter portion A magnet that generates an electromotive force by rotating with rotation of the moving blade, a stationary blade that is provided in the water supply passage on the upstream side of the moving blade and the magnet, and forms a swirling flow; and the small diameter portion A coil that is wound in a cylindrical shape surrounding the periphery of the magnet and provided opposite to the downstream end face of the magnet, and a yoke that is provided on the downstream side of the magnet and is made of a magnetic material. wherein the yoke is opposed to the inner circumferential portion of the coil A peripheral portion, and the outer peripheral portion facing the outer peripheral portion of the coil, a plurality of facing the outer circumferential surface of the magnet is provided apart from each other on the upstream side in the projecting circumferential direction from the inner peripheral portion and the outer peripheral portion inductor and a possess, and having a cutout which is cut-out toward the downstream side between the circumferential direction of and the plurality of inductors to the upstream end of the inner peripheral portion of water A plug generator is provided.
本発明によれば、ヨークが外側から対向する管壁の内面に鉄粉等のごみが付着しにくい水栓用発電機が提供される。 According to the present invention, there is provided a faucet generator in which dust such as iron powder is difficult to adhere to the inner surface of a tube wall facing the yoke from the outside.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component in each drawing.
まず、参考例について説明する。
図1は、参考例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20、静翼21、動翼25、動翼リング28、マグネットM1、ステータ50等を備え、これらは、ケース12(図6を参照)の中に収容されている。尚、静翼21の上方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
First, a reference example will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
The
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5は、その水栓装置3の取付例を表す模式図である。
図6は、同水栓装置3の模式断面図である。
Here, before explaining the
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of attachment of the
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
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。
The
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。
In the
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。
A
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。
The coil 36 (see FIG. 1) provided in the
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5参照)との間を接続する配管(流路)4に設けてもよい。
The
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11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。
The
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。 In addition, the faucet device is not limited to an automatic faucet using a human body detection sensor, but a one-touch faucet by turning on / off a manual switch, a fixed water discharge faucet that stops water by counting the flow rate, and stops when a set time has elapsed It may be a timer faucet for watering.
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。
In addition, the electric power generated by the
次に、図1に戻って、水栓用発電機1について説明する。
Next, returning to FIG. 1, the
筒体20は、小径部20b、大径部20aおよびフランジ部20cからなる段付き形状を呈し、その内部が給水流路に連通した状態で、図5、6に示される吐水部3b内に配設される。筒体20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。また、筒体20は、小径部20bを下流側に、大径部20aを上流側に向けて配設される。
The
筒体20の内部には、上流側から順に、静翼21、動翼25、軸受34が設けられている。軸受34は小径部20bの内部に設けられ、静翼21及び動翼25は大径部20aの内部に設けられている。
Inside the
大径部20a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の内周部には環状の段部が設けられ、その段部に、静翼21の静翼羽根部22よりも外周側に設けられたリング部材24が支持されている。封止部材32の内側には筒状の押さえ部材31が挿入され、その押さえ部材31と前述の段部との間で、静翼21のリング部材24が挟み込まれている。これにより、静翼21は軸方向の動きが規制されている。
The opening at the upstream end of the
静翼21は、円柱体の一方の端面(上流側に位置する面)に、円錐体を一体的に設けた形状をしている。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に対して固定され、回転はしない。
The
静翼21の下流側には、動翼25が設けられている。
図4は、図1における動翼25の拡大図を表す。
A moving
FIG. 4 shows an enlarged view of the moving
動翼25の上流側部分は円柱状に形成され、その周面には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。
The upstream portion of the moving
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の上流側端部には、径外方に張り出したフランジ部28aが一体に設けられ、そのフランジ部28aの下流側に、マグネットM1が動翼リング28に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M1は一体となって回転する。
A moving
マグネットM1は、図3に表すように、筒状を呈し、そ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。 As shown in FIG. 3, the magnet M <b> 1 has a cylindrical shape, and N and S poles are alternately magnetized along the circumferential direction on the end surface.
動翼25の下流側には、筒体20の小径部20bの内周面に対して固定された軸受34が設けられ、その軸受34の中心から上流側に向けて突出するように中心軸35が設けられている。中心軸35は、動翼25の中心を貫通しており、動翼25は、中心軸35によって径方向の位置ズレ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。動翼25の下端部は摺動可能に軸受34に支持されている。
A bearing 34 fixed to the inner peripheral surface of the
筒体20の小径部20bの外側には、マグネットM1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。
図2は、そのステータ50の斜視図を表す。
A
FIG. 2 is a perspective view of the
ステータ50は、円筒状のヨーク40と、このヨーク40で囲まれた空間内に収容され、円筒状に巻回されたコイル36とを有する。ヨーク40は、共に磁性体からなる3つの第1〜第3のヨーク41〜43を組み合わせてなる。
The
第1のヨーク41は、コイル36の内側に設けられコイル36の内周側部分に対向する内周部62と、その内周部62における軸方向の一端部から、内周部62に対して略直角に径外方に突出して設けられた複数のインダクタ51とを有する。複数のインダクタ51は、周方向に互いに離間して等間隔に設けられ、コイル36の軸方向端面に対向している。
The
第2のヨーク42は、コイル36の外側に設けられコイル36の外周側部分に対向する外周部63と、その外周部63における軸方向の一端部から、外周部63に対して略直角に径内方に突出して設けられた複数のインダクタ52とを有する。複数のインダクタ52は、周方向に互いに離間して等間隔に設けられ、コイル36の軸方向端面に対向している。
The
第1のヨーク41のインダクタ51と第2のヨーク42のインダクタ52は、周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んでいる。これらインダクタ51、52は、コイル36の一方の軸方向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、図1に表すように、インダクタ51、52及び筒体20のフランジ部20cを間に挟んで、マグネットM1の下流側端面(着磁面)に対向している。
The
第3のヨーク43は、コイル36の他方の軸方向端面(インダクタ51、52が対向する軸方向端面とは反対側の軸方向端面)に対向して設けられたリングプレート状を呈し、第1のヨーク41及び第2のヨーク42のそれぞれの軸方向の他端部(インダクタ51、52が設けられた側の軸方向端部の反対側の軸方向端部)に結合されている。
The
第1のヨーク41の内周部62におけるインダクタ51が設けられた側の軸方向の端部(図2において上端部)は、部分的に凹状に欠切されている。すなわち、内周部62の一方の軸方向端部には、周方向に間欠的に欠切部61が形成されている。欠切部61は、第2のヨーク42のインダクタ52の位置に対応して周方向に間欠的に設けられている。第1のヨーク41のインダクタ51に対応する位置には欠切部61は形成されていないため、第1のヨーク41において内周部62とインダクタ51とを結ぶ磁気回路は遮断されていない。
An axial end portion (upper end portion in FIG. 2) on the side where the
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。
Next, the operation of the
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20の内部に流水が供給され、筒体20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。
When the user holds his hand under the
筒体20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。
The flowing water that has flowed into the
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。本参考例では、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20の小径部20bを軸方向に流れて筒体20内部を抜け、吐水口6へと至る。
The swirling flow that has flowed through the stationary
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M1も回転する。マグネットM1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M1の下流側の軸方向端面に対向しているインダクタ51、52及びこれらに一体となっているヨーク41、42の極性が変化してゆく。これにより、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。
When the moving
また、本参考例では、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20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。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。
Further, in this reference example , the moving
また、本参考例では、ステータ50を、マグネットM1の軸方向端面に対向配置させる構造のため、ステータ50をマグネットM1の径外方向に対向配置させる場合に比べて、径方向寸法を小さくすることができる。また、動翼25の径外方にステータ50を配置しない分、動翼25の径方向寸法の拡大が図れ、発電量を増加させることができる。
In this reference example , since the
動翼25及びこれに固定されたマグネットM1が回転するためには、これらの周囲に設けられた固定部材(封止部材32、筒体20)との間に隙間を設ける必要がある。この隙間が、動翼羽根部26を介さないバイパス流路となる。図1の例では、封止部材32の下端面と動翼リング28のフランジ部28aとの間の隙間、マグネットM1の外周面と筒体20の大径部20a内周面との間の隙間、およびマグネットM1の下流側端面と筒体20のフランジ部20cとの間の隙間によってバイパス流路が形成される。
In order for the
静翼21を流れた流水は、動翼羽根部26(動翼流路27)を介さない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、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25の下流側で主流と合流する。
The flowing water that has flowed through the
マグネットM1の周囲の隙間(バイパス流路)は流路が狭いためそこを流れるバイパス流Fbの流速は比較的速く、水流中に鉄粉等が混じっていてもマグネットM1に付着しにくい。これに対して、バイパス流路の出口では、主流Faとバイパス流Fbとが衝突し合流するため、流れが停滞し、水流中に鉄粉等が混じっていた場合それが磁性体であるヨーク41に引き寄せられバイパス流路出口近傍の筒体20内壁面に付着しやすい。鉄粉等が筒体20内壁面に付着し、筒体20内の流路が狭まると、主流の圧損が生じ、水流エネルギーから動翼25の回転エネルギーへの変換効率、すなわち発電効率が低下するおそれがある。
Since the gap (bypass flow path) around the magnet M1 is narrow, the flow speed of the bypass flow Fb flowing therethrough is relatively high, and even if iron powder or the like is mixed in the water flow, it is difficult to adhere to the magnet M1. On the other hand, at the outlet of the bypass flow path, the main flow Fa and the bypass flow Fb collide and merge. Therefore, when the flow is stagnant and iron powder or the like is mixed in the water flow, it is a
そこで、本参考例では、流れが停滞しやすいバイパス流路の出口付近に位置する第1のヨーク41の内周部62における軸方向の一端部に前述したように欠切部61を設けている。これにより、バイパス流路出口付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。これにより、動翼流路27を流れる主流の圧損を抑制して、発電効率の低下を抑制できる。
Therefore, in this reference example , as described above, the
図7は、第1のヨーク41の内周部62に形成した欠切部61の他の参考例を表す。
FIG. 7 shows another reference example of the
この参考例では、欠切部61は、インダクタ51が設けられた側の一方の軸方向端部から、その端部とは反対側の他方の軸方向端部に向かう方向に延びている。図7に示す例では、インダクタ51が設けられた一方の軸方向端部から軸方向中央付近まで内周部62が部分的に凹状にざぐられて、欠切部61が形成されている。
In this reference example , the
バイパス流と主流とが合流した後、水流は筒体20の軸方向に沿って流れるが、筒体20内壁面に面した第1のヨーク41の内周部62を図7に示すように十分にざぐって(欠切して)おくことで、筒体20内壁面に面する磁性体領域が大きく減るため、筒体20内壁面への鉄粉等の付着抑制効果がさらに高まる。
After the bypass flow and the main flow merge, the water flow flows along the axial direction of the
本発明者等は検討した結果、内周部62の軸方向の全体の長さaに対して、欠切部61の軸方向の長さbを1/5以上とすれば、筒体20内壁面に対する鉄粉等の付着をほぼ防げるとの知見を得るに至った。
As a result of investigations by the inventors, if the axial length b of the
なお、欠切部61を、内周部62の軸方向のすべてにわたって形成してもよいが、この場合、第1のヨーク41は、インダクタ51の数に対応して分割されてしまうので、部品点数や組み立て性を考慮すると、欠切部61を軸方向の途中までにとどめて、第1のヨーク41を一つの部品として扱うことができるようにした方が望ましい。
Note that the
また、欠切部61を周方向に間欠的に形成することによって、第1のヨーク41におけるインダクタ51近傍部分が周方向に磁気的に絶縁される。このため、第1のヨーク41の内周面に沿って形成される磁路を抑制して、コイル36の発電に寄与する鎖交磁路が弱まることを防ぐことができる。
In addition, by intermittently forming the
次に、本発明の実施形態について説明する。
図8は、本発明の実施形態に係る水栓用発電機の模式断面図である。なお、前述した図1に表す参考例と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、本発明の実施形態において、以下に説明する構成以外の構成は、参考例について前述した構成と同様である。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
Figure 8 is a schematic sectional view of a faucet generator according to implementation embodiments of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the reference example shown in FIG. 1 mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted. In the embodiment of the present invention, configurations other than the configurations described below are the same as the configurations described above for the reference example.
本実施形態におけるマグネットM2は、図10に表すように、筒状を呈し、その外周面に周方向に沿って交互にN極とS極とが着磁されている。 As shown in FIG. 10, the magnet M <b> 2 in the present embodiment has a cylindrical shape, and N and S poles are alternately magnetized along the circumferential direction on the outer peripheral surface thereof.
筒体20の外側には、ステータ80が設けられている。
図9は、そのステータ80の斜視図を表す。
A
FIG. 9 shows a perspective view of the
ステータ80は、円筒状のヨーク70と、このヨーク70で囲まれた空間内に収容され、円筒状に巻回されたコイル36とを有する。ヨーク70は、共に磁性体からなる3つの第1〜第3のヨーク71〜73を組み合わせてなる。
The
第1のヨーク71は、コイル36の内周側部分に対向する内周部92と、その内周部92における軸方向の一端部から、内周部92に対して略直角に径外方に張り出して設けられコイル36の一方の軸方向端面に対向する端面部93と、端面部93の外周側縁部から図9において上方に突出して設けられた複数のインダクタ81とを有する。複数のインダクタ81は、周方向に互いに離間して等間隔に設けられている。
The
第2のヨーク72は、コイル36の外側に設けられコイル36の外周側部分に対向する外周部94と、その外周部94における軸方向の一端部から、図9において上方に突出して設けられた複数のインダクタ82とを有する。複数のインダクタ82は、周方向に互いに離間して等間隔に設けられている。
The
第1のヨーク71のインダクタ81と第2のヨーク72のインダクタ82は、周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んでいる。各インダクタ81、82は、コイル36の外周側縁部の直上に設けられ、軸方向に突出しており、コイル36の中心から各インダクタ81、82までの距離は略同一となっている。各インダクタ81、82は、図8に表すように、筒体20の大径部20aを間に挟んで、マグネットM2の外周面(着磁面)に対向している。
The
第3のヨーク73は、コイル36の他方の軸方向端面(第1のヨーク71の端面部93が対向する軸方向端面とは反対側の軸方向端面)に対向して設けられたリングプレート状を呈し、第1のヨーク71及び第2のヨーク72のそれぞれの軸方向の他端部に結合されている。
The
第1のヨーク71の内周部92における端面部93及びインダクタ81が設けられた側の軸方向の端部(図9において上端部)は、部分的に凹状に欠切されている。すなわち、内周部92の一方の軸方向端部には、周方向に間欠的に欠切部91が形成されている。欠切部91は、第2のヨーク72のインダクタ82の位置に対応して周方向に間欠的に設けられている。第1のヨーク71のインダクタ81に対応する位置には欠切部91は形成されていないため、第1のヨーク71において内周部92とインダクタ81とを結ぶ磁気回路は遮断されていない。
The
本実施形態においては、動翼25が回転すると、これに固定されたマグネットM2も回転する。マグネットM2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M2の外周面に対向しているインダクタ81、82及びこれらに一体となっているヨーク71、72の極性が変化してゆく。これにより、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。
In the present embodiment, when the
そして、本実施形態においては、流れが停滞しやすいバイパス流路の出口付近に位置する第1のヨーク71の内周部92における軸方向の一端部に前述した欠切部91を設けている。これにより、バイパス流路出口付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。これにより、動翼流路27を流れる主流の圧損を抑制して、発電効率の低下を抑制できる。
Then, in the present embodiment is provided with
次に、図11は、本実施形態に係る水栓用発電機の他の具体例を表し、図12はこの水栓用発電機が備えるステータを表す模式図である。 Next, FIG. 11 shows another specific example of the faucet generator according to the present embodiment, and FIG. 12 is a schematic view showing a stator included in the faucet generator.
本具体例では、前述した第1のヨーク71の内周部92における一方の軸方向端部に形成された欠切部91に加えて、マグネットM2の下流側の軸方向端面に対向する部分である第1のヨーク71の端面部93も部分的に欠切されている。すなわち、第1のヨーク71の端面部93に、周方向に間欠的に欠切部95が形成されている。欠切部95は、第1のヨーク71のインダクタ81に対応する位置には形成されていないため、第1のヨーク71において内周部92とインダクタ81とを結ぶ磁気回路は遮断されていない。
In this specific example, in addition to the
周面が着磁されたマグネットM2では、軸方向の端面側にもわずかであるが周面磁極からの磁束が漏れるが、その磁束は弱いため、周面着磁タイプのマグネットM2の軸方向端面(図11において下流側端面)と、筒体フランジ部20cの内壁面との間の隙間(バイパス流路)を流れる水流中に鉄粉等が含まれる場合、その鉄粉等はマグネットM2の端面よりも、ヨーク71側に引き寄せられ、筒体20のフランジ部20c内壁面に付着しやすい。
In the magnet M2 whose peripheral surface is magnetized, the magnetic flux from the peripheral magnetic pole leaks slightly on the axial end surface side, but the magnetic flux is weak, so the end surface in the axial direction of the peripheral magnetized magnet M2 is weak. When iron powder or the like is included in the water flow that flows through the gap (bypass flow path) between (the downstream end face in FIG. 11) and the inner wall surface of the
そこで、本具体例では、前述したように、マグネットM2の端面に対向する第1のヨーク71の端面部に欠切部95を形成することで、筒体20のフランジ部20c内壁面に面する磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等をフランジ部20c内壁面に引き寄せる力が弱まり、その内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
Therefore, in this specific example, as described above, the
図13は、第1のヨーク71の内周部92に形成した欠切部91の他の具体例を表す。
FIG. 13 shows another specific example of the
この具体例では、欠切部91は、インダクタ81が設けられた側の一方の軸方向端部から、その端部とは反対側の他方の軸方向端部に向かう方向に延びている。図13に示す例では、インダクタ81が設けられた一方の軸方向端部から軸方向中央付近まで内周部92が部分的に凹状にざぐられて、欠切部91が形成されている。
In this specific example, the
バイパス流と主流とが合流した後、水流は筒体20の軸方向に沿って流れるが、筒体20内壁面に面した第1のヨーク71の内周部92を図13に示すように十分にざぐって(欠切して)おくことで、筒体20内壁面に面する磁性体領域が大きく減るため、筒体20内壁面への鉄粉等の付着抑制効果がさらに高まる。
After the bypass flow and the main flow are merged, the water flow flows along the axial direction of the
本発明者等は検討した結果、内周部92の軸方向の全体の長さaに対して、欠切部91の軸方向の長さbを1/5以上とすれば、筒体20内壁面に対する鉄粉等の付着がほぼ防止できるとの知見を得るに至った。
As a result of investigations by the inventors, if the axial length b of the
次に、図14は、他の参考例に係る水栓用発電機を表し、図15はこの水栓用発電機が備えるステータを表す模式図である。 Next, FIG. 14 shows a faucet generator according to another reference example , and FIG. 15 is a schematic view showing a stator included in the faucet generator.
本参考例では、第2のヨーク42の外周部63におけるインダクタ52が設けられた側の軸方向の端部(図15において上端部)が、部分的に凹状に欠切されている。すなわち、外周部63の一方の軸方向端部には、周方向に間欠的に欠切部68が形成されている。欠切部68は、第2のヨーク42のインダクタ52に対応する位置には形成されていないため、第2のヨーク42において外周部63とインダクタ52とを結ぶ磁気回路は遮断されていない。
In this reference example , the axial end portion (upper end portion in FIG. 15) on the side where the
バイパス流路において、マグネットM1の外周面と筒体20大径部20aとの間の部分から、マグネットM1下端面と筒体20のフランジ部20cとの間にかけての流路は略直角にクランクしており、流れがよどんで停滞しやすい。したがって、そのバイパス流路のクランク部では、水流中の鉄粉等がヨーク42に引き寄せられ筒体20内壁面に付着しやすい。
In the bypass flow path, the flow path from the portion between the outer peripheral surface of the magnet M1 and the
本参考例では、その流れが停滞しやすいバイパス流路のクランク部付近に位置する第2のヨーク42の外周部63における軸方向の一端部に前述したように欠切部68を設けている。これにより、クランク部付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
In this reference example , as described above, the
第1のヨーク41の内周部62と、第2のヨーク42の外周部63の両方にそれぞれ欠切部61、68を形成する場合、マグネットM1に対する第1のヨーク41と第2のヨーク42との磁力バランスを確保するため、図16に表すように、内周部の欠切部61と、外周部の欠切部68との軸方向長さ(ざぐり深さ)を同程度とすることが望ましい。
When the
次に、図17は、本発明のさらに他の実施形態に係る水栓用発電機におけるステータの模式斜視図である。
また、図18は、図17のステータにおいて、内周側の欠切部と、外周側の欠切部とで、軸方向長さ(ざぐり深さ)を同程度とした模式図である。
図17に表すように、周面着磁タイプのマグネットに適用されるステータの第2のヨーク72についても、その外周部94におけるインダクタ82が設けられた側の軸方向の端部(図17において上端部)を、部分的に凹状に欠切してもよい。すなわち、外周部94の一方の軸方向端部には、周方向に間欠的に欠切部98が形成されている。欠切部98は、第2のヨーク72のインダクタ82に対応する位置には形成されていないため、第2のヨーク72において外周部94とインダクタ82とを結ぶ磁気回路は遮断されていない。
Next, FIG. 17 is a schematic perspective view of a stator in a faucet generator according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic diagram in which the axial length (bore face depth) of the inner peripheral side cutout portion and the outer peripheral side cutout portion is the same in the stator of FIG.
As shown in FIG. 17, the
この構成の場合でも、流れが停滞しやすいバイパス流路のクランク部付近に位置する第2のヨーク72の外周部94における軸方向の一端部に前述したように欠切部98を設けることで、クランク部付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
Even in this configuration, by providing the
また、このステータにおいても、第1のヨーク71の内周部92と、第2のヨーク72の外周部94の両方にそれぞれ欠切部91、98を形成する場合、マグネットM2に対する第1のヨーク71と第2のヨーク72との磁力バランスを確保するため、図18に表すように、内周部92の欠切部91と、外周部94の欠切部98との軸方向長さ(ざぐり深さ)を同程度とすることが望ましい。
Also in this stator, when the
また、欠切部91を周方向に間欠的に形成することによって、第1のヨーク71におけるインダクタ81近傍部分が周方向に磁気的に絶縁される。このため、第1のヨーク71の内周面に沿って形成される磁路を抑制して、コイル36の発電に寄与する鎖交磁路が弱まることを防ぐことができる。また、欠切部98を周方向に間欠的に形成することによって、第2のヨーク72におけるインダクタ82近傍部分が周方向に磁気的に絶縁される。このため、第2のヨーク72の内周面に沿って形成される磁路を抑制して、コイル36の発電に寄与する鎖交磁路が弱まることを防ぐことができる。
Further, by intermittently forming the
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。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to them, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
ここでは、まず、参考例について説明する。
図19に表すように、コイル36は、マグネットMよりも上流側に配置されている。マグネットMにおいて、その端面(上流側端面)が着磁されたものでは、前述した図2に表す参考例のインダクタ51、52と同様なインダクタが、筒体20の管壁を介してマグネットMの上流側端面(着磁面)に対向する。マグネットMにおいてその外周面が着磁されたものでは、前述した図9に表す具体例のインダクタ81、82と同様なインダクタが、筒体20の管壁を介してマグネットMの外周面(着磁面)に対向する。
Here, a reference example will be described first.
As represented in FIG. 19, the
静翼流路23の出口付近は流路が急拡大され、流れがよどみやすい。したがって、そのよどんだ水流中に鉄粉等が混じっていた場合それがヨークに引き寄せられ静翼流路23の出口付近の筒体20内壁面に付着しやすい。
In the vicinity of the outlet of the
図19の構成において、ヨークの内周部におけるインダクタが設けられた側の軸方向の端部(図19において下端部)に、欠切部61を形成すれば、流れが停滞しやすい静翼流路23の出口付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
In the configuration of FIG. 19, if the
また、バイパス流路において、マグネットM上端面と筒体20内壁面との間の部分から、マグネットMの外周面と筒体20内壁面との間にかけての流路は略直角にクランクしており、流れがよどんで停滞しやすい。したがって、図19の構成において、ヨークの外周部におけるインダクタが設けられた側の軸方向の端部(図19において下端部)に、欠切部68を形成すれば、流れが停滞しやすいクランク部付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
Further, in the bypass flow path, the flow path from the portion between the upper end surface of the magnet M and the inner wall surface of the
一方、本実施形態では、図20に表すように、外周面着磁タイプのマグネットM2、およびそのマグネットM2の外周面に対向されるインダクタ81、82を有するステータを用いた構成において、コイル36がマグネットM2よりも径外方に突出している。この場合には、第1のヨーク71の内周部におけるインダクタ81が設けられた側の軸方向の端部(図20において上端部)に欠切部91を形成すれば、流れが停滞しやすいバイパス流路の出口付近の磁性体領域が減るため、水流中の鉄粉等を筒体20内壁面に引き寄せる力が弱まり、その筒体20内壁面に鉄粉等が付着しにくい。
On the other hand, in the present embodiment, as depicted in FIG. 20, the outer circumferential surface magnetized type magnets M2, and in the configuration using a stator having an
また、欠切部91を周方向に間欠的に形成することによって、第1のヨーク71におけるインダクタ81近傍部分が周方向に磁気的に絶縁される。このため、第1のヨーク71の内周面に沿って形成される磁路を抑制して、コイル36の発電に寄与する鎖交磁路が弱まることを防ぐことができる。また、第2のヨーク72の外周部に欠切部を周方向に間欠的に形成することによって、第2のヨーク72におけるインダクタ82近傍部分が周方向に磁気的に絶縁される。このため、第2のヨーク72の内周面に沿って形成される磁路を抑制して、コイル36の発電に寄与する鎖交磁路が弱まることを防ぐことができる。
なお、図21に表した参考例の構成では、筒体20は、略同一の内径を有し、小径部20bおよび大径部20aを有していない。そのため、コイル36は、小径部20bの周囲を囲んで円筒状に巻回されていることに限定されない。この場合には、ステータの内周側縁部から上方に突出して設けられた複数のインダクタ81、82を有する。複数のインダクタ81、82は、外周面着磁タイプのマグネットM2、およびそのマグネットM2の外周面に対向される。
Further, by intermittently forming the
In the configuration of the reference example shown in FIG. 21, the
また、前述した各実施形態において、動翼リング28を設けずに、マグネットM1、M2を動翼羽根部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。
Further, in each of the above-described embodiments, by providing the magnets M1 and M2 so as to surround the periphery of the rotor
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、25…動翼、26…動翼羽根部、27…動翼流路、28…動翼リング、36…コイル、41…第1のヨーク、42…第2のヨーク、51,52…インダクタ、61…欠切部、62…内周部、63…外周部、68…欠切部、71…第1のヨーク、72…第2のヨーク、81,82…インダクタ、91…欠切部、92…内周部、94…外周部、95…欠切部、98…欠切部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
外周面に周方向に沿って交互にN極とS極とが着磁された円筒状を呈し、前記大径部に設けられ且つ前記動翼の回転にともなって回転することにより起電力を生じさせるマグネットと、
前記動翼および前記マグネットの上流側の前記給水流路に設けられ、旋回流を形成する静翼と、
前記小径部の周囲を囲んで円筒状に巻回され、前記マグネットの下流側の端面に対向して設けられたコイルと、
前記コイルを囲んで前記マグネットの下流側に設けられ磁性体からなるヨークと、
を備え、
前記ヨークは、前記コイルの内周側部分に対向する内周部と、前記コイルの外周側部分に対向する外周部と、前記内周部および前記外周部から上流側に突出し周方向に互いに離間して設けられ前記マグネットの前記外周面に対向する複数のインダクタと、を有し、前記内周部の上流側の端部に且つ前記複数のインダクタの周方向の間に下流側に向かって欠切されている欠切部を有することを特徴とする水栓用発電機。 Provided in a water supply passage including a large diameter portion and a small diameter portion having an inner diameter smaller than the inner diameter of the large diameter portion on the downstream side of the large diameter portion, the rotation passage along the water flow direction of the water supply passage The provided moving blade,
The outer peripheral surface has a cylindrical shape in which N and S poles are alternately magnetized along the circumferential direction, and an electromotive force is generated by rotating with the rotation of the moving blade provided on the large diameter portion. Magnet to make
A stationary blade that is provided in the water supply flow path upstream of the moving blade and the magnet and forms a swirling flow;
A coil wound around the periphery of the small diameter portion in a cylindrical shape and provided opposite to the downstream end face of the magnet ;
A yoke made of a magnetic material provided on the downstream side of the magnet surrounding the coil;
With
The yoke protrudes upstream from the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and is spaced apart from each other in the peripheral direction, an inner peripheral portion facing the inner peripheral portion of the coil, an outer peripheral portion facing the outer peripheral portion of the coil a plurality of inductors and a possess, deletion toward the downstream side between the circumferential direction of and the plurality of inductors to the upstream end of the inner peripheral portion that faces the outer peripheral surface of the magnet provided A faucet generator having a cut-out portion that is cut .
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