TWI437162B - Faucet with generator - Google Patents

Description

水龍頭用發電機

本發明的態樣係關於，一般是利用供水的水流來進行發電的水龍頭用發電機。

在伸到水龍頭下方的手被感測器偵知時，從水龍頭自動出水的自動水龍頭裝置是習知的。在這種自動水龍頭裝置的流路上配設小型發電機，將該發電機所得的電力予以蓄電，以補充上述感測器等的電路的電力之裝置也是習知的(例如參照專利文獻1)。

這種水龍頭裝置，係使用容易謀求小型化的軸流式發電機。軸流式發電機可區分成：在永久磁鐵的徑方向的外側配置線圈之「徑向配置」的發電機(例如參照專利文獻1的第4圖)、以和永久磁鐵的與徑方向大致垂直的方向的端面相對向的方式配設線圈之「軸向配置」的發電機(例如參照專利文獻1的第5圖)；在要求發電機的徑方向尺寸小的用途中，使用「軸向配置」的發電機比使用「徑向配置」的發電機更理想。

在此，例如專利文獻1所揭示之軸流式發電機，是利用噴流口所形成的迴旋流來讓動翼旋轉。在這個情形，迴旋流受離心力的影響而欲往徑外方向擴散，導致朝旁通流路的水流量增加，而造成葉輪效率降低。

此外，為了使動翼穩定地旋轉，必須對各個動翼葉片 均等地賦予噴流。然而，由於迴旋流受離心力的影響而欲往徑外方向擴散，要使用迴旋流而對各個動翼葉片均等地賦予噴流會有困難。

[專利文獻1]日本特開2004-336982號公報

本發明是為了提供一種徑方向的尺寸小、可抑制朝旁通路的水流量、且可抑制對各個動翼葉片賦予的噴流不均一之水龍頭用發電機。

依據本發明的一態樣，係提供一種水龍頭用發電機，其特徵在於：係具備：具有供水流入口和供水流出口且在內部形成供水流路之筒體、具有動翼葉片且設於前述供水流路之動翼、能和前述動翼一體旋轉之磁鐵、藉由前述磁鐵的旋轉來產生電動勢之線圈、讓水朝前述動翼葉片噴出之複數個噴嘴。前述動翼的軸方向與前述供水流路大致平行。前述噴嘴，係讓與前述動翼的軸方向大致平行的水流方向改變，而將水從前述動翼葉片的徑外方向朝前述動翼葉片噴出。

以下參照圖式來說明本發明的實施形態。

在各圖中，對相同的構成要素賦予相同的符號。

第1圖係本發明的實施形態之發電機1的示意截面圖。

發電機1主要具備：供水流入口201、供水流出口202、供水流路203、筒體13、蓋體14、動翼15、磁鐵M、定子9、密封構件51，這些都是收容在殼體12(參照第3圖)中。又畫在蓋體14上方的箭頭，是代表水流的方向。

在進入發電機1的說明之前，先說明具備發電機1之自動水龍頭裝置3。

第2圖係顯示具備本發明的實施形態之發電機的自動水龍頭裝置(以下也簡稱自動水龍頭裝置)的安裝例之示意圖。

第3圖係具備本發明的實施形態之發電機的自動水龍頭裝置的示意截面圖。

圖中的箭頭是代表水流方向。

自動水龍頭裝置3，例如是安裝於洗臉台2等。自動水龍頭裝置3，是透過配管4來連接於自來水等的流入口5。自動水龍頭裝置3具有：圓筒狀的本體3a、設於該本體3a的上部且朝本體3a的徑外方向延伸的出水部3b。在出水部3b的前端形成出水口6，在該出水口6的附近內藏感測器7。

在自動水龍頭裝置3的內部形成有供水流路10，係將從流入口5流入而流過配管4內的供水導向出水口6。在本體3a的內部收容有用來進行該供水流路10的開閉之電磁閥8；在電磁閥8的下側，收容有用來將出水量限制成一定之定流量閥55。又當自來水等的原壓比使用壓高太多 的情形，可在比電磁閥8更上游側收容著用來進行減壓的減壓閥或調壓閥(未圖示)。定流量閥55、減壓閥、調壓閥，可按照需要來適當地設置。

在比定流量閥55更下游的出水部3b的內部，具備發電機1。在本體3a的內部設置：用發電機1所發電的電力進行充電之充電器56、用來控制感測器7的驅動和電磁閥8的開閉等的控制部57。由於發電機1是配設在比電磁閥8及定流量閥55更下游側，故自來水的原壓(一次壓)不致直接作用於發電機1。因此，發電機1並不要求太高的耐壓性，基於可靠性和成本的觀點，如此般的配置是有利的。

充電器56和控制部57是透過未圖示的配線來連接。充電器56和控制部57是配置於本體3a的上部，且配置在比供水流路10最上方的部位更上方的位置。因此，即使在形成供水流路10的流路管的外面產生結露的水滴落下或經由流路管流落，仍能防止控制部57滲水，而能避免控制部57發生故障。同樣地，由於充電器56也是設在供水流路10的上方，可防止充電器56滲水，而避免充電器56發生故障。

設於發電機1之線圈50(參照第5圖)和控制部57，係透過未圖示的配管來連接，俾將線圈50的輸出透過控制部57而送往充電器56。

水龍頭用發電機1，並不限於設在水龍頭裝置3的水龍頭構件(本體3a及出水部3b)的內部。例如，也能設 置在用來連接水龍頭裝置3的水龍頭構件和比其更上游側的止水龍頭(水源開關)105(參照第2圖)之間的配管(流路)4上。

自動水龍頭裝置3適合使用於生活空間。其使用自的，例如包括：廚房用水龍頭裝置、客餐廳用水龍頭裝置、淋浴用水龍頭裝置、廁所用水龍頭裝置、洗臉台用水龍頭裝置等等。本實施形態之發電機1，並不限於使用人體偵知感測器之自動水龍頭裝置3，例如也適用於：利用手動開關來進行開/關之觸控(one touch)水龍頭裝置、計算流量而實施止水之定量出水水龍頭裝置、經過設定時間後實施止水之定時水龍頭裝置等等。所發電的電力，例如可應用於照明、鹼性離子水或銀離子水等的電解機能水的生成、流量顯示(計量)、溫度顯示、聲音導引等。

自動水龍頭裝置3的出水流量，例如設定為每分鐘100升以下，較佳為每分鐘30升以下。特別是在洗臉台用水龍頭，宜設定為每分鐘5升以下。又在廁所用水龍頭等之出水流量較多的情形較佳為，從供水管分支出流往發電機1的水流，而將流過發電機1的水流流量調整為每分鐘30升以下。其原因在於，若讓來自供水管的水流全部都流過發電機1，動翼15的轉速變得過大而可能發生噪音和軸磨耗，又雖然轉速增大但必須調整成適當的轉速以下，因此渦電流和線圈熱所造成之能量損失發生，結果並無法增大發電量。此外，安裝水龍頭裝置的自來水管的供水壓，例如在日本，可能也會有50kPa(千帕)程度的低水壓的 情形。

接著返回第1圖來說明發電機1。

筒體13，係形成由小徑部13a和大徑部13b所構成的段差狀，是以供水流路連通於其內部的狀態，如第2、3圖所示配設於出水部3b。這時是配設成，筒體13(動翼15)的中心軸方向與水流的方向大致平行。又筒體13是配設成：小徑部13a朝下游側，大徑部13b朝上游側。

在筒體13的內部，從上游側起依序設置供水流入口201、蓋體14、動翼15、軸承17、供水流出口202。在供水流入口201和供水流出口202之間設置供水流路203。軸承17設在小徑部13a的內部，蓋體14及動翼15設在大徑部13b的內部。

大徑部13b的上游端的開口，是透過O形環52而藉由密封構件51密封成液密狀態。在密封構件51的內部設置段差孔，其段部51a形成環狀，蓋體14被支承於該段部51a上。相對於筒體13，蓋體14不會旋轉而是呈固定的。

關於蓋體14和設於蓋體14的周面之噴嘴18的詳細內容，會在後面敘述。

在蓋體14的下游側設置動翼15。動翼15呈圓柱狀，設有朝徑內方向突出之複數個突起狀的動翼葉片19。從周方向觀察，相鄰的動翼葉片19間的空間具備動翼流路72的作用。關於動翼葉片19的詳細內容，會在後面敘述。

在後述之動翼環15a的端面或磁鐵M、和筒體13或 密封構件51之間設置用來讓動翼15旋轉的間隙，該間隙成為旁通流路60。

和軸承17形成一體化的中心軸24，係朝上游側突出。中心軸24，係插通動翼15的軸套部15b，以讓動翼15能繞中心軸24旋轉。此外，也能將動翼15和中心軸24一體化，將中心軸24的兩端部用蓋體14和軸承17支承，而使和中心軸24形成一體化的動翼15旋轉。亦即，只要是以動翼15的軸方向與供水流路大致平行的方式，將具有動翼葉片之動翼15設置於供水流路即可。在此之動翼15的軸方向，是和中心軸24的方向相同。

軸承17係具備：相對於筒體13的內周面是呈固定狀的環狀構件21、設於該環狀構件21的中心之軸支承部22；環狀構件21和軸支承部22是藉由放射狀的連結構件23來結合。各連結構件23之間，是形成貫穿而未封閉，因此不會妨礙筒體13內部的供水的流動。

在筒體13之大徑部13b的內部收容著：位於動翼葉片19的下游側且設於徑外方側的側端面之動翼環15a、固定於動翼環15a的外周面之圓環狀的磁鐵M。在筒體13之小徑部13a的外側，以和磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向的方式設置定子9。

磁鐵M係設於動翼葉片19和供水流出口202之間。如此般配置磁鐵M，即使縮小徑方向的尺寸，仍能設置可確保發電量的發電機。其理由在於，在動翼葉片19和供水流出口202之間的空間，且在噴嘴18下游側的空間， 可配置徑方向尺寸大的磁鐵M。

在本實施形態，由於定子9配置成和磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向(「軸向配置」)，比起將定子9配置成與磁鐵M的徑外方向相對向的情形(「徑向配置」)，可縮小徑方向尺寸。再者，由於在動翼15的徑外方不須配置定子9，可謀求動翼15的徑方向尺寸的擴大，而能增加發電量。

若筒體13是用樹脂等的導電度較低的材料來形成，比起用金屬形成的情形，可減少渦電流損失，而能進一步增加發電量。這時，僅供磁通通過的大徑部13b是由樹脂等的低導電度材料來形成也可以。

接著說明磁鐵M和定子9。

第4圖係顯示磁鐵M的示意立體圖。

第5圖係用來說明定子9之示意立體圖。

如第4圖所示，在磁鐵M之徑外方向的端面(外周面)，沿周方向交互磁化成N極和S極。

如第5圖所示，定子9係具備：都是由軟磁性體(例如軋鋼)構成的第1軛31、第2軛32、和其等相連接的電感器31a、軛31b、電感器32a以及配置在被前述第1軛31、第2軛32、電感器31a、軛31b、電感器32a所包圍的空間內的線圈50。

捲繞成圓環狀的線圈50，其內周面部、外周面部及與徑方向大致垂直的方向的兩端面部，是被第1軛31、第2軛32、電感器31a、軛31b、電感器32a、第3軛33所包 圍。

第1軛31，大致呈圓環狀，是配置成包圍線圈50的內周面部，在與其徑方向大致垂直的方向的一端部，朝徑外方向將複數個軛31b設成一體。在第1軛31，和線圈50的內周面部相對向的部分是與軛31b大致垂直。軛31b是沿著線圈50的周方向隔著等間隔配置。軛31b的一端，是進一步朝與線圈50的徑方向大致垂直的方向延伸而形成電感器31a。

第2軛32，大致呈圓環狀，是配置成包圍線圈50的外周面部，在與其徑方向大致垂直的方向的一端部，朝與徑方向大致垂直的方向將複數個軛32a設成一體。電感器32a，係沿線圈50的周方向隔著等間隔配置，且配置在第1軛31的各電感器31a之間。亦即，第1軛31的電感器31a和第2軛32的電感器32a，線圈50係沿著周方向交互排列且互相分離。再者，電感器31a、32a，係設置於第2軛32(配置成包圍線圈50的外周面部的部分)的正上方，從線圈50的中心至各電感器31a、32a的距離大致相同。

電感器31a、32a，是朝與徑方向大致垂直的方向延伸，其內周面(位於線圈50的中心方向側的面)是與磁鐵M的外周面(徑外方向的面)相對向。軛31b是與線圈50的一方的端面部相對向。該線圈50的一方的端面部，係隔著軛31b及筒體13的突緣部13c，而和磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向。

在此，為了縮小發電機1之徑方向的尺寸，必須將磁鐵M之徑方向的尺寸縮小。在這個情形，磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向的尺寸不用縮小，又視情形可能還會擴大。

在本實施形態，是將電感器31a、32a設置成與磁鐵M的外周面相對向。因此，來自磁鐵M的外周面的磁通可經由電感器31a、32a而導至線圈50，即使是將徑方向尺寸縮小的情形，也能將其影響減低，而確保既定的發電量。

如此般，若能在確保發電量的狀態下謀求發電機1的徑方向尺寸的小型化，例如，也能使配設有發電機1之自動水龍頭裝置3的尺寸變小。結果，可提昇自動水龍頭裝置3的設置性、操作性等，又能提昇自動水龍頭裝置3的外觀設計上的自由度。例如，能採用比以往更為細長之現代化的設計。

第3軛33，係呈環片狀，設置成與線圈50的另一方的端面部相對向。將第3軛33的外周側的一部分切除，以形成未圖示的線圈配線取出部。

第3軛33，係結合於第1軛31及第2軛32之與設置電感器31a、軛31b、電感器32a的端部相反側的端部。在由第1軛31～第3軛33所包圍的空間內，收容線圈50，來自線圈50的配線，是從形成於第3軛33的外周側之線圈配線的取出部(未圖示)向外部引出。如此般，線圈50的配線，是經由形成於第3軛33的外周側之線圈配線 的取出部(未圖示)，而從外周側向外部引出，比起從內周側引出的情形，連接到控制部57之配線的配線變容易。

在第3軛33，例如設置凸狀的定位部，藉由讓該定位部卡合在分別形成於第1軛31及第2軛32的凹狀缺口部，以將第1軛31及第2軛32分別定位於周方向的既定位置。藉此，可提昇電感器31a、33a間的節距(pitch)精度。此外，也能在第3軛33設置凹狀的定位部，在第1軛31及第2軛32分別設置凸狀的定位部。

此外，在第2軛32設置缺口部39a，在第3軛33設置缺口部39b。如此般，在各軛32、33，在包圍線圈的周面部的部分，從設置電感器31a、33a的一端側將相鄰的電感器之間切除以間歇設置缺口部39a、39b，而使各軛32、33在周方向形成磁絕緣。又在沿各軛32、33的周面形成的磁路當中，藉由切除無助於發電的部分，可抑制鐵損(iron loss)而增加發電量。

雖是說明以與磁鐵M的下游側端面相對向的方式配置定子9的情形，但定子9也能配置成與磁鐵M的上游側端面相對向，或是以與磁鐵M的上游側及下游側的兩端面分別相對向的方式配置1對定子9也可以。

接著說明迴旋流和旁通流。

第6圖係比較例的發電機的示意截面圖。

其中，和第1圖已說明之相同的部分，係賦予相同的符號而省略其說明。

第6圖所示的發電機100，是本申請的發明人迄完成本發明的過程中特別深入探討的部分，其主要具備：筒體13、預迴旋靜翼114、動翼115、磁鐵M、定子9、密封構件51。畫在預迴旋靜翼114的上方的箭頭代表水流的方向。

預迴旋靜翼114的形狀，是在圓柱體的一端面(位於上游側的面)將圓錐體設成一體。在預迴旋靜翼114的周面，設置朝徑外方向突出之複數個突起狀的靜翼葉片118。靜翼葉片118，是以相對於預迴旋靜翼114的軸中心向右扭轉的方式，從上游側朝下游側傾斜。從周方向觀察，相鄰的靜翼葉片118間的空間是具備靜翼流路171的作用。相對於筒體13，預迴旋靜翼114不會旋轉而呈固定的。

在預迴旋靜翼114的下游側設置動翼115。動翼115呈圓柱狀，設有朝徑外方向突出之複數個突起狀的動翼葉片119。動翼葉片119，是和靜翼葉片118相反的，以相對於軸中心向左扭轉的方式，從上游側朝下游側傾斜。從周方向觀察，相鄰的動翼葉片119間的空間具備動翼流路172的作用。

流入筒體13內的水流，會流過預迴旋靜翼114的圓錐體表面而朝徑外方向擴散，成為相對於軸中心向右迴旋的迴旋流，而流過靜翼葉片118間的靜翼流路171。

流過靜翼流路171的迴旋流，會流入動翼流路172，而衝擊動翼葉片119上側的傾斜面。流入動翼流路172的迴旋流，是相對於軸中心向右迴旋，因此對於動翼葉片 119會有右方的力作用著，而使動翼115向右旋轉。又流過比磁鐵M的內周面更內側的動翼流路172的水流，會通過軸承17的內側而離開筒體13內部。

第7圖係第6圖的動翼部分的示意放大截面圖。

其中，和第1、6圖已說明之相同的部分是賦予相同的符號，而省略其說明。

如第7圖所示，在動翼115的端面或磁鐵M、和筒體13或密封構件51之間，設置用來讓動翼115旋轉的間隙，該間隙成為旁通流路60a。

如前述般流過靜翼流路171的迴旋流62，受到離心力的影響欲往外側擴散。又欲往外側擴散之迴旋流62的一部分，在靜翼流路171的出口附近，成為旁通流61而流入旁通流路60a。

該旁通流61對於動翼115的旋轉(亦即發電)沒有幫助，雖著旁通流61的增加會造成葉輪效率變差。

在此的「葉輪效率」，是代表將水力能量轉換成旋轉能量時的效率，可由下述(1)式求出。

(T×N)/(ΔP×Q)………(1)

在此，T代表轉矩，N代表轉數，ΔP代表水壓，Q代表流量。因此，分子的T‧N代表旋轉能量，分母的ΔP‧Q代表水力能量。

經本申請的發明人探討的結果得知，在讓動翼旋轉時，只要能形成從動翼葉片的徑外方向朝內側流動的水流，即可抑制欲往外側擴散的水流的形成，而能抑制流入旁通 流路60a的旁通流61的流量。

又得知，藉由設置：讓從與動翼的軸方向(中心軸方向)大致平行方向流過來的水流改變方向，而從動翼葉片的徑外方向朝內側噴射之複數個噴嘴，可抑制對各個動翼葉片賦予的噴流不均一，而能使動翼穩定的旋轉。亦即，若無法對動翼葉片均等地賦予噴流，各個動翼葉片受到的水壓會有偏差，而發生動翼振動的問題，但只要抑制對各個動翼葉片賦予的噴流不均一，就能讓動翼穩定的旋轉。

第8(a)圖係用來說明本實施形態之發電機1所具備的蓋體14的示意立體圖。

第9圖係第1圖的A-A線截面圖。

其中，和第1圖已說明之相同的部分是賦予相同的符號，而省略其說明。

如第8(a)圖、第9圖所示，蓋體14的形狀，是在圓柱體的一端面(位於上游側的面)將圓錐體設成一體。又在圓柱體的另一端面(位於下游側的面)設置突緣部14a。

在蓋體14的內部設有：在突緣部14a設置側的端面開口之圓柱形的空間部14b(參照第1圖)。在空間部14b收容有：設於動翼15的上游端側之動翼葉片19。在蓋體14的中心軸上，在面對空間部14b側的面上支承著：插通動翼15之中心軸24的一端。

在蓋體14的周面的3個部位，設置連通於空間部14b的噴嘴18。又在蓋體14的周面的3個部位設置柱301， 以區隔出往各噴嘴18的流路。噴嘴18及柱301，是以其下面接觸突緣部14a的上面的方式沿蓋體周面的周方向隔著等間隔設置。噴嘴18是朝收納於空間部14b之動翼葉片19開口，其方向是朝向比動翼葉片19的外切圓的切線方向更內側。

此外，也能將突緣部14a和蓋體14分開設置。這時，藉由將突緣部14a和蓋體14接合，即可形成噴嘴18。

依據這種噴嘴18，從與動翼15的軸方向(中心軸24的方向)大致平行的方向流過來的水，會改變流向，而在與動翼15的軸方向(中心軸24的方向)大致垂直的平面內，從動翼葉片19的徑外方向朝向動翼葉片19噴出。

亦即設置複數個噴嘴，以讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水，朝與動翼的軸方向(中心軸的方向)大致垂直的方向改變流向，而從動翼葉片的徑外方向朝向動翼葉片噴出。

又如第8(b)圖所示，在蓋體14的周面設置障礙物204的情形，水會以迂迴的方式流過障礙物204。這時也是，可藉由設置複數個噴嘴18，以讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水，朝與動翼的軸方向(中心軸的方向)大致垂直的方向改變流向，而從動翼葉片的徑外方向朝向動翼葉片噴出。

又從噴嘴18噴出之水的方向，是朝向比動翼葉片19的外切圓的切線方向更內側。

動翼葉片19的上游側端面是被動翼15的頂部15d支 承，下游側端面19a是被動翼15的葉片支承面15c支承(參照第1圖)。因此，在動翼15的徑外方向的端面(外周面)，動翼葉片19未受支承，因此水能從動翼15的徑外方向的端面(外周面)朝內部流動。

如第9圖所示，動翼葉片19是由曲線所構成，是朝讓其前端接近動翼15中心的方向彎曲。動翼葉片19的出口側前端19b和動翼15的軸套部15b相隔離，以從動翼葉片19的入口側朝出口側形成順沿動翼葉片19之圓滑的水流。因此，可提昇葉輪效率，而高效率地將水力能量轉換成電力。

此外，動翼葉片19的片數，是和噴嘴18數目的整數倍不同的值。例如，在第9圖例示的情形，動翼葉片19的片數為11片，噴嘴18的數目為3個。只要動翼葉片19的片數不是噴嘴18數目的整數倍，由於可將朝各動翼葉片19噴出的時期錯開，故能抑制動翼15的振動和噪音的發生。

動翼葉片19的出口側前端19b，是比葉片支承面15c(用來支承動翼葉片19的下游側端面)更朝動翼15的內側突出。因此，可將設於葉片支承面15c的內側之流路15e(參照第1圖)的徑方向尺寸加大，因此能抑制壓力損失。又由於能將動翼葉片19的徑方向長度加長，故能增大動翼葉片19的面積。結果可提昇葉輪效率，而高效率地將水力能量轉換成電力。

動翼葉片19的下游側端面19a的位置(參照第1圖 )，是比噴嘴18更下流側。因此，從噴嘴18噴出的水流中，朝下游側擴散的水流也會衝擊動翼葉片19。結果，可提昇葉輪效率，而高效率地將水力能量轉換成電力。

如第8(a)(b)圖所示，依據這樣的噴嘴18，從與中心軸24平行的方向流過來的水流62a，在與中心軸24大致垂直的平面內，可從動翼15(動翼葉片19)的徑外方向朝內側噴出。因此，可抑制欲往外側擴散之水流的形成，而能抑制流入旁通流路之旁通流。

藉由設置複數個噴嘴18，以讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水流62a改變流向，而從動翼葉片19的徑外方向朝向內側噴射，因此可抑制對各動翼葉片19賦予之噴流不均一，而能使動翼15穩定的旋轉。

但是，在只有單數個噴嘴(讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水流改變流向，而從動翼葉片的徑外方向朝向內側噴射)的情形，無法抑制對各動翼葉片賦予之噴流不均一，因此無法讓動翼穩定的旋轉。

第10圖係用來說明抑制旁通流的圖表。

在第10圖，將動翼轉數定為2500rpm，將流量定為1.8升/分鐘，以模擬方式求出全水量中旁通流量(往旁通流路的流水量)所佔的比例。縱軸代表全水量中旁通流量所佔的比例，橫軸代表動翼所受的轉矩。圖中的「▲」代表第6圖所說明的比較例的發電機100，「■」代表本實施形態的發電機1。

從第10圖可看出，依據本實施形態，可將全水量中 旁通流量所佔的比例抑制成1/4以下。

在比較例的發電機100，為了增加轉矩而將流速增加時，旁通流量的比例會增加；但依據本實施形態的發電機1，即使為了增加轉矩而將流速增加，旁通流量的比例仍保持大致一定。因此，按照不同用途而在各種使用條件下，都能抑制旁通流量的比例。再者，在比較例的發電機100，存在著旁通流量的比例超過100%的部分，應是預迴旋靜翼114和動翼15之間所產生的負壓，暫時使流到下游側的水產生逆流的緣故。

第11圖是用來說明葉輪效率的圖表。

在第11圖，將動翼轉數定為2500rpm，將流量定為1.8升/分鐘，以模擬方式求出葉輪效率。縱軸代表葉輪效率，橫軸代表動翼所受的轉矩。圖中的「▲」代表第6圖所說明的比較例的發電機100，「■」代表本實施形態的發電機1。

從第11圖可看出，依據本實施形態，可將葉輪效率提昇至2倍以上，又即使為了提高轉矩而將流速增加，仍可抑制葉輪效率的降低。因此，按照不同用途而在各種使用條件下，都能維持良好的葉輪效率，而高效率地將水力能量轉換成電力。

第12圖是用來說明轉矩和壓力損失的關係的圖表。

在第12圖，將動翼轉數定為2500rpm，將流量定為1.8升/分鐘，以模擬方式求出壓力損失。縱軸動翼所受的轉矩，橫軸代表壓力損失。圖中的「▲」代表第6圖所說 明的比較例的發電機100，「■」代表本實施形態的發電機1。

一般水龍頭裝置所具備的發電機，發電量宜為50mW(毫瓦)以上。這時，必須在動翼獲得0.65mN‧m(毫牛頓‧米)以上的轉矩。

根據第12圖可知，為了在動翼獲得0.65mN‧m(毫牛頓‧米)以上的轉矩，比較例的發電機100的壓力損失為108kPa(千帕)以上。另一方面，本實施態的發電機1，只要25kPa(千帕)以上的壓力損失即可。因此，按照不同用途而在各種使用條件下，都能獲得高轉矩，而高效率地將水力能量轉換成電力。

如前述般，水龍頭裝置有各種的用途，又有各式各樣的使用環境。例如，在日本，安裝水龍頭裝置之自來水管的供水壓也會有50kPa(千帕)左右的低水壓的情形。在這種情形，比較例的發電機100無法確保必要的轉矩。相對於此，本實施形態的發電機1，即使是在這種低水壓的環境下仍能確保充分的轉矩。

為便於說明，來自磁鐵M外周面的磁通，是透過電感器31a、32a而導向線圈50(設置成和磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向)；但線圈、磁鐵、電感器的配置並不限於此，例如，也可以是在磁鐵的徑外方向配設線圈之「徑向配置」的發電機，或是以和磁鐵之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向的方式配設線圈之「軸向配置」的發電機也可以。 第13圖係用來說明「軸向配置」發電機的示意分解圖。

在磁鐵M之與徑方向大致垂直的方向之端面，係沿周方向交互磁化成N極和S極。

定子90係具備：都是由軟磁性體(例如軋鋼)構成的第1軛131、第2軛132、第3軛133、和第1軛131、第2軛132相連接的電感器131a、電感器132a以及配置在被前述第1軛131、第2軛132、第3軛133、電感器131a、132a所包圍的空間內的線圈50a。此外，第3軛133，係結合於第1軛131及第2軛132之與設有電感器131a、132a的端部相反側的端部。

線圈50a，係設置成和磁鐵M1之與徑方向大致垂直的方向的端面相對向，電感器131a、132a，係具有和磁鐵M1之與徑方向大致垂直的方向相對向的部分，且配設成互相分離。

在本實施形態，也能謀求發電機的徑方向尺寸的小型化。又只要設置前述的噴嘴18、動翼葉片19等，即可抑制流入旁通流路之旁通流。

為便於說明，前述說明的噴嘴，是讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水，在與動翼的軸方向大致垂直的平面內，從動翼葉片的徑外方向朝向動翼葉片噴出，但本發明並不限於此。所具備的噴嘴也可以是，讓從與動翼的軸方向大致平行的方向流過來的水，相對於與動翼的軸方向大致垂直的平面以具有既定角度的方式，從動翼葉 片的徑外方向朝向動翼葉片噴出。

第14圖係本發明的其他實施形態之發電機的示意截面圖。

其中，和第1圖已說明之相同的部分係賦予相同的符號，而省略其說明。

在發電機1a所具備之蓋體14a的周面的3個部位，設置連通於空間部14b的噴嘴18a。噴嘴18a，是沿著蓋體周面的周方向隔著等間隔設置。噴嘴18a，是朝收納於空間部14b的動翼葉片19開口，其方向是朝向比動翼葉片19的外切圓的切線方向更內側。相對於與動翼的軸方向大致垂直的平面，以既定的角度設置噴嘴18a。

依據如此般的噴嘴18a，能讓從與動翼的軸方向(中心軸方向)大致平行的方向流過來的水，相對於與動翼的軸方向大致垂直的平面以既定的角度，從動翼葉片的徑外方向朝向動翼葉片噴出。第14圖所示的情形，是從斜上方朝動翼葉片噴出。

這時，從噴嘴18a噴出之水的方向，當投影於與動翼的軸方向大致垂直的平面時，是朝向比動翼葉片19的外切圓的切線方向更內側。

接著說明本發明的實施形態之發電機及自動水龍頭裝置的作用。

使用者，若將手放在第2、3圖所示的出水口6的下方，經感測器7偵知後，控制部57會將電磁閥8打開。藉此，水流會供應至發電機1的筒體13的內部，流過筒 體13內部的水會從出水口6排出。當使用者的手離開出水口6的下方時，經由感測器7偵知後，控制部57會將電磁閥8關閉，而自動停止出水。

流入筒體13內的水流，會流過蓋體14的圓錐體表面而朝徑外方向擴散。如第8(a)圖及第8(b)圖所示，從與中心軸24大致平行的方向流過來的水流62a，在與中心軸24大致垂直的平面內，從噴嘴18朝動翼葉片19噴出。

朝動翼葉片19噴出的水，從動翼葉片19的入口側朝出口側沿著動翼葉片19流過動翼流路72內，通過流路15e、軸承17的內側後，離開筒體13內部而到達出水口6。

另一方面，朝動翼葉片19噴出的水力會使動翼15旋轉，固定在一起的磁鐵M也會旋轉。磁鐵M的徑外方向的端面(外周面)，由於如第4圖所示沿周方向(旋轉方向)交互磁化成N極和S極，隨著磁鐵M的旋轉，與磁鐵M的徑外方向的端面(外周面)相對向之電感器31a、32a及連接於其等之第1、第2軛31、32的極性會產生變化。如此，作用於線圈50的交鏈磁通的方向會改變，而使線圈50產生電動勢，以進行發電。第13圖所例示的情形也是同樣的，在線圈50a產生電動勢。發電的電力，對充電器56進行充電後，例如是用於驅動電磁閥8、感測器7、控制部57等。

1‧‧‧發電機

1a‧‧‧發電機

3‧‧‧自動水龍頭裝置

9‧‧‧定子

13‧‧‧筒體

14‧‧‧蓋體

14a‧‧‧突緣部

14b‧‧‧空間部

15‧‧‧動翼

15a‧‧‧動翼環

15b‧‧‧軸套部

15c‧‧‧葉片支承面

15d‧‧‧頂部

15e‧‧‧流路

18‧‧‧噴嘴

18a‧‧‧噴嘴

19‧‧‧動翼葉片

31a‧‧‧電感器

32a‧‧‧電感器

50‧‧‧線圈

50a‧‧‧線圈

60‧‧‧旁通流路

62a‧‧‧水流

90‧‧‧定子

131a‧‧‧電感器

132a‧‧‧電感器

201‧‧‧供水流入口

202‧‧‧供水流出口

203‧‧‧供水流路

204‧‧‧障礙物

301‧‧‧柱

M‧‧‧磁鐵

M1‧‧‧磁鐵

第1圖係本發明的實施形態之發電機的示意截面圖。

第2圖係具備本發明的實施形態之發電機的自動水龍頭裝置的安裝例的示意圖。

第3圖係具備本發明的實施形態之發電機的自動水龍頭裝置之示意截面圖。

第4圖係用來說明磁鐵之示意立體圖。

第5圖係用來說明定子之示意立體圖。

第6圖係比較例之發電機的示意截面圖。

第7圖係第6圖的動翼部分之示意放大截面圖。

第8(a)(b)圖係用來說明本實施形態之發電機所具備的蓋體之示意立體圖。

第9圖係第1圖之A-A線截面圖。

第10圖係用來說明抑制旁通流的圖表。

第11圖係用來說明葉輪效率的圖表。

第12圖係用來說明轉矩和壓力損失的關係之圖表。

第13圖係用來說明「軸向配置」發電機之示意分解圖。

第14圖係本發明的實施形態之發電機的示意截面圖。

1‧‧‧發電機

9‧‧‧定子

13‧‧‧筒體

13a‧‧‧小徑部

13b‧‧‧大徑部

13c‧‧‧突緣部

14‧‧‧蓋體

14b‧‧‧空間部

15‧‧‧動翼

15a‧‧‧動翼環

15b‧‧‧軸套部

15c‧‧‧葉片支承面

15d‧‧‧頂部

15e‧‧‧流路

17‧‧‧軸承

18‧‧‧噴嘴

19‧‧‧動翼葉片

19a‧‧‧下游側端面

21‧‧‧環狀構件

22‧‧‧軸支承部

23‧‧‧連結構件

24‧‧‧中心軸

31a‧‧‧電感器

32a‧‧‧電感器

51‧‧‧密封構件

51a‧‧‧段部

52‧‧‧O形環

60‧‧‧旁通流路

72‧‧‧動翼流路

201‧‧‧供水流入口

202‧‧‧供水流出口

203‧‧‧供水流路

M‧‧‧磁鐵

Claims (3)

1. 一種水龍頭用發電機，其特徵在於，係具備：具有供水流入口和供水流出口且在內部形成供水流路之筒體、具有動翼葉片且設於前述供水流路之動翼、能和前述動翼一體旋轉之磁鐵、藉由前述磁鐵的旋轉來產生電動勢之線圈、讓水朝前述動翼葉片噴出之複數個噴嘴；前述動翼的軸方向係與前述供水流路大致平行，前述動翼的動翼葉片，是形成為朝與前述動翼的軸方向大致垂直的方向突出之複數個突起狀；前述複數個噴嘴，係讓水流方向改變成與前述動翼的軸方向大致垂直的方向，且在流入前述複數個噴嘴之開口前事先沿著前述動翼葉片的旋轉方向，進一步讓以事先沿著前述動翼葉片的旋轉方向的方式改變方向後的水從前述複數個噴嘴之開口沿著前述動翼葉片的旋轉方向噴出。
2. 如申請專利範圍第1項記載之水龍頭用發電機，其中，將前述磁鐵配設在前述動翼葉片和前述供水流出口之間。
3. 如申請專利範圍第2項記載之水龍頭用發電機，其中，將前述磁鐵配設在前述動翼葉片和前述供水流出口之間。