JP5136954B2 - 水栓用発電機 - Google Patents
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Description
尚、各図面中、同一の構成要素には同一の符号を付す。
発電機1には、主として、筒体13、予旋回静翼14、動翼15、マグネットM、ステータ9、封止部材51が備えられ、これらは、ケース12(図3を参照)の中に収容されている。尚、予旋回静翼14の上方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
図3は、本発明の実施の形態に係る発電機を備えた自動水栓装置の模式断面図である。 尚、図中の矢印は、流水の方向を示している。
自動水栓装置3の内部には、流入口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。尚、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。
なお、水栓用発電機1は、水栓装置3の水栓金具(本体3a及び吐水部3b)の内部に設けられることに限らない。例えば、水栓装置3の水栓金具と、これよりも上流側に設けられた止水栓(元栓)105(図2参照)との間を接続する配管(流路)4に設けてもよい。
また、自動水栓装置3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ている。特に、洗面所用水栓においては、毎分5リットル以下に設定されていることが望ましい。また、トイレ用水栓のような吐出流量が比較的多い場合には、給水管から、発電機1に流れる水流を分岐させて、発電機1を流れる流量を毎分30リットル以下に調整することが望ましい。これは、給水管からのすべての水流を発電機1に流すと、動翼15の回転数が大きくなりすぎ、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、結果として発電量は増大しないからである。尚、水栓装置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。
筒体13は、小径部13aと大径部13bと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2、図3に図示される吐水部3bに配設される。この際、筒体13の中心軸方向が、流水の方向に対して略平行となるようにして配設される。また、筒体13は、小径部13aを下流側に、大径部13bを上流側に向けて配設される。
図4は、マグネットMを説明するための模式斜視図である。
図5は、ステータ9を説明するための模式斜視図である。
図4に示すように、マグネットMの径外方向の端面(外周面)には、周方向に沿ってN極とS極とが交互に着磁されている。尚、径方向に略直角な方向の端面側にも、わずかではあるが、N極とS極とからの磁束が漏れるが、この量は着磁方法により制御することができる。
図6は、動翼羽根部の径方向に略直角な方向の長さと動翼径外部の径方向に略直角な方向の長さを同じ長さとし、これらをともに短くした場合を説明するための模式断面図である。尚、図中の矢印は流水の方向を示している。また、図6においては、ステータ9をマグネットMの上流側端面に対向させるようにして配置している。
図7は、図6の場合において動翼が受けるトルクを説明するためのグラフ図である。尚、図7は、動翼の回転数を2500rpmとして、シミュレーションにより動翼の受けるトルクを求めたものである。
発電機のサイズを大きくせずに発電機の出力を向上させる手段として、動翼羽根部の径方向に略直角な方向の長さを短くすることが考えられる。
図6は、このような動翼羽根部の径方向に略直角な方向の長さと動翼径外部の径方向に略直角な方向の長さとの寸法関係を保ったまま双方を短くした場合である。
動翼径外部の径方向に略直角な方向の長さを短くしたことで、動翼径外部の径外方向に形成されるバイパス路60の長さも短くなる。そのため、予旋回静翼14からバイパス路60に流入した脈流(バイパス流61)が減衰せずにバイパス路60の出口から吐出されることになる。また、動翼羽根部の径方向に略直角な方向の長さと動翼径外部の径方向に略直角な方向の長さを同じとしているため、動翼羽根部19の出口とバイパス路60の出口とが近接していることになる。その結果、バイパス路60の出口から吐出する水流が動翼の回転や動翼内の流れに影響を及ぼしてこれらが不安定になるので、動翼が受けるトルクが大きく変動することになるものと考えられる。
図8は、バイパス路の出口と動翼羽根部の出口とを離隔させた場合を説明するための模式断面図である。尚、図中の矢印は流水の方向を示している。また、図8においては、ステータ9をマグネットMの上流側端面に対向させるようにして配置している。
図9は、図8の場合において動翼が受けるトルクを説明するためのグラフ図である。尚、図9は、動翼の回転数を2500rpmとして、シミュレーションにより動翼の受けるトルクを求めたものである。
また、本発明者は検討の結果、動翼羽根部の下流側端面が動翼径外部の下流側端面より上流側に位置するように動翼羽根部の下流側端面と、動翼径外部の下流側端面と、を離間させて設けようにすれば、動翼が受けるトルクの変動の低減とを図ることができるとの知見を得た。
図11は、図10の場合における動翼が受けるトルクを説明するためのグラフ図である。尚、図11は、動翼の回転数を2500rpmとして、シミュレーションにより動翼の受けるトルクを求めたものである。
その結果、図11に示すように、平均受圧トルクの低下を抑制しつつ、脈動幅の増加を抑制することができる。
ここで、動翼羽根部の下流側端面と、動翼径外部の下流側端面と、の径方向に略直角な方向の長さとは、図10でのHをいう。
また、動翼羽根部の下流側端面と、動翼径外部の下流側端面と、の径方向に略直角な方向の長さを、動翼羽根部の径方向に略直角な方向の長さで除した値を5倍以上とすれば、平均受圧トルクの低下を抑制しつつ脈動割合を15%以下とすることができるので、なお良い。すなわち、動翼羽根部の下流側端面と、動翼径外部の下流側端面と、の径方向に略直角な方向の長さを5倍以上、9倍以下とすることで、動翼の回転ムラや騒音をさらに抑制することができる。
すなわち、動翼羽根部の下流側端面を、動翼が受ける平均受圧トルクに対する脈動幅の割合が25%以下となる位置に設けるようにすればよい。
マグネットM1の径方向に略直角な方向の端面には、周方向に沿ってN極とS極とが交互に着磁されている。
ステータ90は、いずれも軟磁性体(例えば、圧延鋼)からなる第1ヨーク131、第2ヨーク132およびこれらに連接するインダクタ131a、132aと、これら第1ヨーク131、第2ヨーク132、インダクタ131a、132aで囲まれた空間内に配置されるコイル50aとを有する。また、第3ヨーク133は、第1ヨーク131及び第2ヨーク132におけるそれぞれのインダクタ131a、132aが設けられた端部と反対側の端部に結合されている。
また、例えば、マグネットMの外周面にさらに部材を備えるようなものであってもよい。
使用者が、図2、3に表した吐水口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により電磁弁8が開かれる。これにより、発電機1の筒体13の内部に流水が供給され、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、これをセンサ7が感知して、制御部57により電磁弁8が閉じられ、自動的に水が止まる。
尚、図14に例示をした場合においても同様にしてコイル50aに起電力が生ずる。発電した電力は、充電器56へと充電された後、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。
Claims (1)
- 給水流路に対して略平行な回転中心を有し、前記回転中心のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられた動翼羽根部と、前記動翼羽根部の径外方向に設けられ、前記動翼羽根部と一体に回転可能なマグネットを設けた動翼径外部と、を有する動翼と、
前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、
前記コイルを囲んで設けられたヨークと、前記ヨークから突出し互いに離間して配設された複数のインダクタと、を有するステータと、
を備え、
前記動翼径外部の上流側端面を、前記動翼羽根部の上流側端面よりも上流側に設け、
前記動翼の回転ムラや騒音を抑制する程度に、前記動翼羽根部の下流側端面が、前記動翼径外部の下流側端面より上流側に位置するように、前記動翼羽根部の下流側端面と、前記動翼径外部の下流側端面と、を離間させて設けること、
を特徴とする水栓用発電機。
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JP2009303350A JP2009303350A (ja) | 2009-12-24 |
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