CN101689794A - 水龙头用发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水龙头用发电机，其具备：设于供水流路的动叶；可以与所述动叶整体旋转的圆环状磁铁；及具有线圈、多个电感器、轭的定子，该线圈配设成相对于所述磁铁的大致垂直于径向的端面，该多个电感器在所述磁铁的所述端面与所述线圈之间配置成沿周向互相分离，该轭配设成连接于所述电感器且围住所述线圈。所述动叶的轴向与所述供水流路大致平行；所述圆环状磁铁沿其周向在与径向大致垂直的方向的端面交互磁化成N极与S极。所述轭通过在相对所述线圈的周面部而设有所述电感器的一端当中，具有切除位于所述电感器的前端附近的部分而形成的缺口部，使所述轭的位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

Description

水龙头用发电机

技术领域

本发明的方式一般涉及一种利用供水的流动来进行发电的水龙头用发电机。

背景技术

以往，公知有在用传感器探测伸到水龙头下方的手时，从水龙头自动出水的自动水龙头装置。另外，也公知有在这种自动水龙头装置的流路上配设小型发电机，将该发电机得到的电力予以蓄电，以补充上述传感器等的电路的电力的装置(例如，参照专利文献1)。

这种发电机可以区分为：在永久磁铁的径向的外侧配置线圈的“径向配置”的发电机(例如，参照专利文献1的图4)；及相对于与永久磁铁的径向大致垂直的方向的端面的方式配设线圈的“轴向配置”的发电机(例如，参照专利文献1的图5)，在要求发电机的径向尺寸小的用途中，比“径向配置”的发电机优选使用“轴向配置”的发电机。

“轴向配置”的发电机所使用的永久磁铁由与径向大致垂直的方向的端面交互磁化成N极与S极而构成，如果在相邻的磁极的正下方的电感器附近的轭部之间发生磁路短路，则会阻碍环绕线圈的交链磁路的形成，而产生线圈效率、发电量等降低的问题。

近年来，关于自动水龙头装置，相当重视其节水效果，造成自动水龙头装置可以利于发电的水流量(水力能量)变少，因此在从水力能量向电力进行能量转换中，即使是略微的能量损失也希望能尽量降低。

专利文献1：日本国特开2004-336982号公报

发明内容

本发明提供一种可以提高发电效率的水龙头用发电机。

根据本发明的一个实施方式，提供一种水龙头用发电机，其特征在于，具备：

设于供水流路的动叶；

可以与所述动叶整体旋转的圆环状磁铁；

及具有线圈、多个电感器、轭的定子，该线圈配设成相对于所述磁铁的大致垂直于径向的端面，该多个电感器在所述磁铁的所述端面与所述线圈之间配置成沿周向互相分离，该轭配设成连接于所述电感器且围住所述线圈，

所述动叶的轴向与所述供水流路大致平行，

所述圆环状磁铁沿其周向在与径向大致垂直的方向的端面交互磁化成N极与S极，

在所述轭的所述电感器的设置侧的一端当中，位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式的发电机的模式剖视图。

图2是显示具备本发明的实施方式的发电机的自动水龙头装置的安装例模式图。

图3是用于说明具备本发明的实施方式的发电机的自动水龙头装置的模式剖视图。

图4(a)、(b)是用于说明发电机的预旋转静叶、动叶、轴承的模式立体图。

图5是显示磁铁的模式立体图。

图6是比较例的定子的模式立体剖视图。

图7是本发明的实施方式的发电机定子的模式俯视图。

图8是本发明的实施方式的发电机定子的模式立体剖视图。

图9是用于说明电感器前端附近的轭部的磁化的模式立体分解图。

图10是定子部分的模式立体剖视图。

图11是显示缺口部的深度和发电量的关系的图标。

图12是显示缺口部的深度和线圈效率的关系的图标。

图13是用于例示具有较浅的缺口部的定子的模式立体剖视图。

图14是用于说明磁铁的内径比定子的内径大，且磁铁的外径比定子的外径小时的模式立体剖视图。

图15是从图14的上方观察时的模式俯视图。

图16是图15的A-A线剖视图。

图17是图15的B-B线剖视图。

图18是用于说明磁铁的内径比定子的内径大致相同，且磁铁的外径比定子的外径小时的模式立体剖视图。

图19是用于说明磁铁的外径比定子的外径大致相同，且磁铁的内径比定子的内径大时的模式立体剖视图。

图20是其他实施方式的磁铁的模式立体图。

图21是其他实施方式的定子的模式立体图。

图22是用于说明其他实施方式的具备定子及磁铁的发电机的模式剖视图。

图23是其他实施方式的发电机盖体的模式立体图。

图24是图22的A-A线剖视图。

符号说明

1-发电机；9-定子；13-筒体；14-预旋转静叶；15-动叶；15a-动叶环；30-线圈；31a-电感器；31b-轭；32-第1轭；33-第2轭；33a-电感器；34-第3轭；39-缺口部；39a-缺口部；40-缺口部；40a-缺口部；41-磁感应可能区；43-实际的磁感应可能区；51-密封构件；232-轭；232a-轭；232b-轭；233-轭；233a-轭；233b-轭；239-缺口部；240-缺口部；M-磁铁；314-盖体；314b-空间部；315a-动叶整体旋转体；318-喷嘴。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

在各图中，对相同的构成要素标注相同的符号。

图1是用于说明本发明的实施方式的发电机1的模式剖视图。

图4是用于说明发电机1的预旋转静叶14、动叶15、轴承17的模式立体图。图4(a)表示不具备动叶环15a的情况，图4(b)表示具备动叶环15a的情况。

如图1所示，发电机1主要具备筒体13、预旋转静叶14、动叶15、磁铁M、定子9、密封构件51，这些都收容于外壳12(参照图3)中。并且，标在预旋转静叶14的上方、密封构件51下方的箭头表示水流方向。

在此，在进入发电机1的说明之前，先说明具备发电机1的带发电机自动水龙头装置。

图2是显示具备本发明的实施方式的发电机的自动水龙头装置(以下也简称为自动水龙头装置)的安装例模式图。

图3是用于说明备本发明的实施方式的发电机的自动水龙头装置的模式剖视图。

图中的箭头表示水流方向。

自动水龙头装置3例如安装在洗面台2等。自动水龙头装置3通过配管4来连接于自来水等的流入口5。自动水龙头装置3具有：圆筒状的本体3a；及设于该本体3a上部且朝向本体3a的径外方向延伸的出水部3b。在出水部3b的前端形成出水口6，在该出水部6的附近内藏传感器7。

在自动水龙头装置3的内部形成有供水流路10，将从流入口5流入而流过配管4内的供水导向出水口6。在本体3a的内部收容有用于开闭供水流路10的电磁阀8，在电磁阀8的下侧，收容有用于将出水量限制成一定的定流量阀55。另外，当自来水等的初压比工作压更高时，可以在比电磁阀8更上游侧收容着用于进行减压的未图示的减压阀或调压阀。定流量阀55、减压阀、调压阀可以按照需要来适当地设置。

在出水部3b的内部，在定流量阀55的下游侧的供水流路10，设有发电机1。在本体3a的内部设置用发电机1来发电的电力进行充电的充电器56，用于控制传感器7的驱动和电磁阀8的开闭等的控制部57。由于发电机1配设在比电磁阀8及定流量阀55更下游侧，因此自来水的初压(进口压力)不直接作用于发电机1。因此，发电机1并不需求太高的耐压性，基于可靠性和成本的观点，这样的配置是有利的。

充电器56和控制部57是通过未图示的配线来连接。充电器56与控制部57配置于本体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的流路管的外面产生结露的水滴落下或颈由流路管流落，仍可以防止控制部57渗水，而可以避免控制部57发生故障。同样地，由于充电器56也是设在供水流路10的上方，可以防止充电器56渗水，而避免充电器56发生故障。

设于发电机1的线圈30(参照图6)和控制部57，通过未图示的配线来连接，将线圈30的输出通过控制部57来送往充电器56。

水龙头用发电机1并不限于设在水龙头装置3的水龙头构件(本体3a及出水部3b)的内部。例如，也可以设置在用于连接水龙头装置3的水龙头构件和比其更上游侧的止水栓(水源开关)105(参照图2)之间的配管(流路)4上。

自动水龙头装置3适合使用于生活空间。其使用目的例如包括厨房用水龙头装置、客餐厅用水龙头装置、淋浴用水龙头装置、厕所用水龙头装置、洗面台用水龙头装置等。本实施方式的发电机1并不限于使用人体探测传感器的自动水龙头装置3，例如也适用于利用手动开关来进行开/关的触控(one touct)水龙头装置、计算流量而实施止水的定量出水水龙头装置、经过设定时间后实施止水的定时水龙头装置等等。所发电的电力例如可以应用于照明、碱性离子水或银离子水等的电解功能水的生成、流量显示(计量)、温度显示、语音导向等。

自动水龙头装置3的出水流量，例如设定为每分钟100升以下，较佳为每分钟30升以下。特别是在洗面台用水龙头，宜设定为每分钟5升以下。另外，在厕所用水龙头等的出水流量较多时，较佳为从供水管分支出流往发电机1的水流，而将流过发电机1的水流流量调整为每分钟30升以下。此时，如果让来自供水管的水流全部都流过发电机1，则动叶15的转速变得过大而可能发生噪音和轴磨耗，另外，虽然转速增大但必须调整成适当的转速以下，因此发生涡电流和线圈热所造成的能量损失，结果无法增大发电量。此外，安装水龙头装置的自来水管的供水压，例如在日本，可能也会有0.05(Mpa)左右的低水压的情况。

下面，返回图1、图4说明发电机1。

筒体13形成为由小径部13a与大径部13b构成的段差状，是以供水流路连通于其内部的状态，例如图2、3所示的配设于出水部3b。此时配设成筒体13的中心轴向大致平行于水流方向。另外，筒体13配设成小径部13a朝向上游侧，大径部13b朝向下游侧。

在筒体13的内部，从上游侧按顺序设置预旋转静叶14、动叶15、轴承17。预旋转静叶14设于小径部13a的内部，动叶15及轴承17设于大径部13b的内部。

大径部13b的下游侧的开口通过O形环52由密封构件51密封成液密状态。在密封构件51的内部设置段差孔，其段部51a形成环状，轴承17被支撑于该段部51a上。

预旋转静叶14的形状是在圆柱体的一端面(位于上游侧的面)将圆锥体设置成整体。在预旋转静叶14的周面，设置朝向径外方向突出的多个突起状的静叶片18。静叶片18以相对于预旋转静叶14的轴中心向右扭转的方式，从上游侧朝向下游侧倾斜。从周向观察，相邻的静叶片18间的空间具备作为静叶流路71的作用。相对于筒体13，预旋转静叶14不旋转而呈固定。

在预旋转静叶14的下游侧设置动叶15。动叶15呈圆柱状，在其周面设置朝向径外方向突出的多个突起状的动叶片19，动叶片19与静叶片18相反，以相对于轴中心向左扭转的方式，从上游侧朝向下游侧倾斜。从周向观察，相邻的动叶片19间的空间具备作为动叶流路72的作用。

轴承17具备：固定于密封构件51的段差孔的环状构件21；及设置于该环状构件21的中心的轴支撑部22，环状构件21与轴支撑部22由放射状的连接构件23来结合。各连接构件23之间为被贯穿而未封闭，因此不妨碍筒体13内部的供水的流动。

在轴承17的轴支撑部22将中心轴24(固定于动叶15的轴中心)支撑成可旋转。中心轴24的前端部从动叶15突出而嵌入预旋转静叶14。中心轴的24的前端部和预旋转静叶14未固定在一起，因此中心轴24可以相对于预旋转静叶14进行旋转。也可以将中心轴的24的两端部分别固定于轴支撑部22与预旋转静叶14，并将动叶15嵌入而使其可以相对于中心轴24旋转。

即，只要以动叶15的轴向与供水流路大致平行的方式，将具有动叶片的动叶15设置于供水流路即可。在此说明的动叶15的轴向与中心轴24的方向相同。

在筒体13的大径部13b的内部，以围住动叶流路72的方式收容圆环状磁铁M(固定于动叶片19的外周部)。另外，在筒体13的小径部13a的外侧，以与磁铁M的上游侧的与径向大致垂直的方向的端面相对的方式设置定子9。

在图4(a)中，以双点划线表示的磁铁M的内周面固定于动叶片19的径外方侧的侧端面。

另外，在图4(b)中，以点划线表示的动叶环15a的内周面固定于动叶片19的径外方侧的侧端面。以双点划线表示的磁铁M的内周面固定于动叶环15a的外周面。虽然也可以不设置动叶环15a，但设置时可以将动叶15与磁铁M更强固地整体化。

而且，在形成旋转流时向外侧扩散的水流，可以由动叶环15a的内周面引导，或是在未设置动叶动叶环15a时，可以由磁铁M的内周面引导，因此可以抑制水力能量的浪费，而可以高效地进行能量转换。此时，不需要在动叶15的与径向大致垂直的方向的整个区域设置动叶动叶环15a的内周面，或者，在未设置动叶动叶环15a时，不需要设置磁铁M的内周面，只要至少设在动叶15的上游侧即可。

即，利用流过比设置成至少围住动叶15的一部分的动叶上游侧部分的磁铁M的内周面更内侧的水流的力量，或利用流过比设置在磁铁M的内周面与动叶15之间的动叶环15a的内周面更内侧的水流的力量，使动叶15旋转。

在本实施方式，由于定子9配置成与磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面相对(“轴向配置”)，将定子9配置成与磁铁M的径外方向相对(“径向配置”)的情况相比，可以缩小径向尺寸。另外，由于在动叶15的径外方不须配置定子9，可以使动叶15的径向尺寸的扩大，而可以增加发电量。

如果筒体13为用树脂等的低电导率的材料来形成，与金属形成的情况效相比，可以减少涡电流损失，可以进一步增加发电量。此时，也可以只有磁通通过的大径部13b是由树脂等低电导率的材料形成。

下面，说明磁铁M与定子9。

图5是显示磁铁M的模式立体图。

图6是比较例的定子的模式立体剖视图。

图7是本发明的实施方式的发电机定子9的模式俯视图。

图8是本发明的实施方式的发电机定子9的模式立体剖视图。

如图5所示，在磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面，沿周向交互磁化成N极与S极。

在筒体13的小径部13a的外侧，以与磁铁M的上游侧端面相对的方式配置定子9。并且，也可以以与磁铁M的下游侧端面相对的方式配置定子9，或者也可以以与磁铁M的上游侧及下游侧的两端面分别相对的方式配置1对定子9。

图6所示的定子，是本申请的发明人在完成本发明的过程中特别深入探讨的构件，在第1轭132，沿周向以无间断且连续的方式形成与线圈30的内周面部相对的部分。同样，在第2轭133，沿周向以无间断且连续的方式形成与线圈30的外周面部相对的部分。此时，磁铁M的内径与定子的内径大致相同，磁铁M的外径与定子的外径大致相同。

在此，通过设置成与电感器32a(连接于第1轭132)和电感器33a(连接于第2轭133)相对的磁铁M，将电感器32a、电感器33a磁化，形成围住线圈30的交链磁路a。

此时，在比较例的构造中，由于各电感器32a、33a的周面形成为无间断的连续状，因此甚至各电感器32a、33a的前端附近的轭部132a、133a也容易磁化，而将轭的该部分(轭部132a、133a)磁化成极性与邻接的电感器的极性相反，使在邻接的电感器之间形成磁路短路b。在形成该磁路短路b时，会阻碍有助于发电的交链磁路a的形成，而发生线圈效率、发电量等降低的问题。

经过本申请的发明人深入探讨的结果得知，为了避免在各电感器的前端附近发生磁化，只要在轭的电感器设置侧的一端当中，使位于电感器的前端附近的部分远离后述的磁铁M的磁感应可能区41，即可阻碍短路磁路的形成而使线圈效率提高，可以使发电量的增加等。

为达成前述目的，例如，可以在轭的与线圈的周面部相对的部分，将设有电感器的一端侧且位于所述电感器的前端附近的部分切除，而设置缺口部(空间)。

如图7及图8所示，定子9具备：全部由软磁性体(例如轧钢)构成的第1～第3轭32～34与连接于这些的电感器32a、33a；及配置在被所述第1～第3轭32～34、电感器32a、33a所围住的空间内的线圈30。

定子9具备：设置成与磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面相对的线圈30；在磁铁M的断面与线圈30之间配置成沿周向互相分离的多个电感器32a、33a；及连接于电感器32a、33a且设置成围住线圈30的由软磁性体构成的第1～第3轭32～34。

卷绕成圆环状的线圈30为其内周面部、外周面部及与径向大致垂直的方向的两端部面被第1～第3轭32～34、电感器32a、33a所围住。

第1轭32配置于线圈30的内侧而呈大致圆环状，在与其径向大致垂直的方向的一端部，将多个电感器32a朝向径外方设置成整体。在第1轭32，相对于线圈30的内周面部的部分与电感器32a大致垂直。电感器32a是沿周向等间隔配置。

第2轭33配置成围住线圈30的外周面部而呈大致圆环状，在与其径向大致垂直的方向的一端部，将多个电感器33a朝向径内方设置成整体。在第2轭33，相对于线圈30的外周面部的部分与电感器33a大致垂直。电感器33a是沿周向等间隔配置。且配置于电感器32a(连接于第1轭32)之间。即，连接于第1轭32的电感器32a与连接于第2轭33的电感器33a沿周向交互排列且互相分离。这些电感器32a，33a相对于线圈30的一端面部。该线圈30的一端面部隔着电感器32a、33a及筒体13而相对于磁铁M的端面。

第3轭34设置成相对于线圈30的另一方的断面部，其形状呈环片状，结合于第1轭32及第2轭33的另一端部(与设有电感器32a、33a的端部相反侧的端部)。

在第1轭32，在相对于线圈30的内周面部的部分，沿周向间歇地形成缺口部39，该成缺口部39为从设有电感器32a的一端侧朝向与径向大致垂直的方向呈凹状切除。换言之，在相对于线圈30的内周面部的部分，沿周向间歇地形成与电感器32a设成整体的连接部32b。缺口部39对应于电感器33a(连接于第2轭33)的前端位置而沿周向间歇设置。

同样，第2轭33，在相对于线圈30的外周面部的部分，沿周向间歇地形成缺口部40，该成缺口部40为从设有电感器33a的一端侧朝向与径向大致垂直的方向呈凹状切除。换言之，在相对于线圈30的外周面部的部分，沿周向间歇地形成与电感器33a设成整体的连接部33b。缺口部40对应于电感器32a(连接于第1轭32)的前端位置而沿周向间歇设置。

下面，说明缺口部。

图9是用于说明电感器前端附近的轭部的磁化的模式立体分解图。

图10是定子部分的模式立体剖视图模。

并且，与图7、图8相同的部分赋予相同的符号而省略其说明。

如图9所示，在磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面，沿周向以与电感器相同的间隔交互磁化成N极与S极。因此，在相对于磁铁M的端面的电感器32a、33a，会产生与正上方的磁铁M的磁极相反的磁极。例如，在磁铁M的S极正下方的电感器会产生N极。

此时，如图6所说明，如果在磁铁M可以进行磁感应的范围(磁感应可能区)41存在轭(软磁性体)，则该部分会被磁化而产生与电感器的磁极相同的磁极。即，在图6所说明的定子，在电感器32a、33a的前端附近的轭部132a、133a也会产生磁面。此时，由于在相邻的电感器32a、33a会产生相反的磁极，因此在其与邻接的电感器32a、33a之间会形成磁路短路而阻碍有助于发电的交链磁路a的形成。

另外，磁感应可能区41可以是由磁铁M可以磁化软磁性体的区域，或者是由磁铁M可以使软磁性体产生磁极的区域。

另外，如图10所示，由于被磁化的电感器会附加磁感应范围42，根据磁铁M的强度与电感器的磁化状态，可能会比电感器32a、33a的前端附近更广范围的轭部产生磁极。在本说明书中，对于在磁感应可能区41附加被磁化的电感器进行磁感应的范围42而构成的范围，将其称为实际磁感应可能区43。

与磁感应可能区(磁铁M进行磁感应的范围)41比较，由于被磁化的电感器进行磁感应的范围42较窄，一般只要考虑磁感应可能区41即可。

另外，为了便于说明，只用定子的外周面侧来作说明，但是对于定子的内周面侧也相同。

在本实施方式中，如图8、9、10所示，在各轭32、33的周面部，对应于另一方的轭的电感器的前端位置，沿周向间歇设置缺口部39、40，因此在磁感应可能区41、实际的磁感应可能区43没有软磁性体存在。在此，由于空气的导磁率为软磁性体的千分之1左右，即使略微设置缺口部39、40，位于缺口部39、40正下方的软磁性体区39b、40b就变得不容易磁化。具体而言，考虑到在电感器32a的上方的磁极为N，在电感器33a的上方的磁极为S的情况。此时，电感器32a被磁化成S极，电感器33a被磁化成N极。然而，位于电感器33a正下方的软磁性体区39b，由于隔着作为空气的缺口部39，因此几乎不会被磁化成N极。因此，几乎不会形成从电感器32a朝向软磁性体区39b的磁路短路。另外同样，也几乎不会形成从电感器33a朝向软磁性体区40b的磁路短路。因此，可以避免阻碍有助于发电的交链磁路a的形成。结果，可以提高线圈效率，使发电量的增加。

下面，说明缺口部的深度H(从设有电感器32a、33a的端部朝向与径向大致垂直的方向的长度，参照图8)。

图11是显示缺口部39的深度H(mm)与发电量的关系的图标。横轴代表缺口部39的深度H(mm)，纵轴代表发电量(mW)。

图12是显示缺口部39的深度H(mm)与线圈效率的关系的图标。横轴代表缺口部39的深度H(mm)，纵轴代表线圈效率(％)。

图11、12是将缺口部39的深度H(从没有电感器32a、33a的端部朝向与径向大致垂直的方向的长度)改变成0(mm)、2(mm)、5(mm)、10(mm)而模拟其发电量及线圈效率的结果。在此，线圈效率是以输出(发电量)对输入(磁铁M的转矩×转速)的比例(％)来表示。定子9全体的与径向大致垂直的方向的尺寸为10.5(mm)。缺口部39的深度H为0(mm)是指未设置缺口部39的图6所示的比较例的情况。

根据这些结果可知，通过加大缺口部39的深度H，可以增加发电量，另外，其线圈效率也会提高。

并且为了便于说明，只针对缺口部39进行说明，但关于缺口部40也相同。

另外，根据图11、12可知，只要设置缺口部，即使在磁感应可能区41、实际的磁感应可能区43的一部分存在软磁性体，仍具有增加发电量、提高线圈效率的效果。其原因在于，即使只设置略微的缺口部，也由于空气使磁阻大幅增加，而使缺口部正下方的软磁性体区不容易被磁化，这样可以抑制磁路短路的形成。例如图13所示，即使形成比图8所说明的缺口部39、40更浅的缺口部39a、40a(深度h)，也可以抑制磁路短路的形成。

基于抑制磁路短路的形成的观点，优选至少在磁感应可能区41设置缺口部，其深度为使软磁性体不存在。该磁感应可能区41会受磁铁M强度的影响。即，磁铁M的强度越强，磁感应可能区41越广。另外，磁铁M的端面与电感应器之间的尺寸越短，被磁化的轭的与径向大致垂直的方向的尺寸越长。

因此，根据发电机的用途等来决定的磁铁M强度和配设位置等的不同，会改变被磁化的轭的范围，严格地说，优选个别地具体决定缺口部的深度。

另外，如果缺口部变深，则环绕线圈的交链磁路的磁阻会增加，因此在希望较多的磁通通过的用途中，优选形成浅的缺口部。如果缺口部变浅，则由于轭的强度变高，因此可以提高组装性。另外，如果缺口部深度相当于电感器的厚度，则将其可以兼用于电感器的弯曲加工用的离隙部等，可以省略另外加工离隙部的步骤。

另外，根据本申请的发明人的认知，至少在水龙头用发电机中，只要设置深度比磁铁M的端面与电感器之间的尺寸更深的缺口部，即可有效地抑制磁路短路的形成。

可以使所述的“轴向配置”的磁铁径比“径向配置”的磁铁径大，原则上其磁通也会更多。然而，由于所述磁路短路的影响很大，因此通过设置所述缺口部来抑制磁路短路，可以改善发电量与线圈效率。另外，缺口部具有散热作用，因此可以抑制线圈发热所造成的能量损失。

另外，在具备发电机的自动水龙头时，由于必须在内部收容电磁阀与发电机，因此必须使发动机小型化。为了使发动机小型化，必须提高其发电效率，因此本实施方式的设置缺口部的效果极佳。另外，设置缺口部，对抑制发热造成的效率降低有效果。

虽然以上的情况为磁铁M的内径与定子的内径，磁铁M的外径与定子的外径大致相同的情况，但是即使在两者的内径及/或外径不同的情况下，也存在优选设置所述缺口部的情况。

下面，说明使轭的电感器设置侧的一端相对远离磁铁M的磁感应可能区41的其他实施方式。

图14是用于说明磁铁M的内径比定子的内径大，且磁铁M的外径比定子的外径小时的模式立体剖视图。

图15是在从图14的上方观察时的模式俯视图，图16是图15的A-A线剖视图，图17是图15的B-B线剖视图。

在本实施方式中，通过使磁铁M的内径比定子的内径大，且使磁铁M的外径比定子的外径小，在轭的电感器设置侧的一端当中，位于电感器的前端附近的部分相对远离磁铁M的磁感应可能区41。

如上所述，在磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面，由于沿周向以与电感应器相同的间隔交互磁化成N极与S极，稍微鼓起的磁铁M所产生的磁场形成于与磁铁M的径向大致垂直的方向。因此，磁感应可能区41不会直接覆盖轭232、233。

此时，如图15至图17所示，只要电感器的前端部不超出磁铁M的内周或外周，即可大幅抑制短路磁路的形成。其理由在于，磁铁M产生的磁通会被电感器充分吸收，因此电感器可以抑制磁感应可能区的扩大。

跟据本实施方式，不须另外设置缺口部，可以用单纯的构造来抑制短路磁路的形成。因此，基于制造性的观点是有利的。

图18是用于说明磁铁M的内径和定子的内径大致相同，且磁铁M的外径比定子的外径小时的模式立体剖视图。

在此情况下，与图8及图13相同地只要在连接于轭233a的电感器233c的前端附近的轭232a设置缺口部239即可。

即，在本实施方式中，由于使磁铁M的外径比定子的外径小，且在轭当中，在设于磁铁M的内周面侧的部分的轭232a的设置电感器232c的一端侧，切除位于电感器233c的前端附近的部分而设置缺口部239，因此使轭232a的电感器232c设置侧的一端当中的位于电感器233c的前端附近的部分相对远离磁铁M的磁感应可能区41。

此时，与图17的情况相同，连接于轭232a的电感器232c的前端部优选不超出磁铁M的外周。

在本实施方式中，与图14所说明的情况相比，将磁铁M的内径缩小。这样，由于将磁铁M向内侧扩大，可以抑制旋转磁铁M所需的转矩的同时，扩大磁铁M的表面积。其结果，可以抑制旋转所需的转矩的同时，增加磁铁M产生的磁通。

图19是用于说明磁铁M的外径与定子的外径大致相同，且磁铁M的内径比定子的内径大时的模式立体剖视图。

在此时，与图8及图13相同，只要在连接于轭232b的电感器232d的前端附近的轭233b设置缺口部240即可。

即，在本实施方式，通过使磁铁M的内径比定子的内径大，且在轭当中，在设于磁铁M的外周面侧的部分的轭233b的设置电感器233b的一端侧，切除位于电感器232d的前端附近的部分而设置缺口部240，使轭233d的电感器233d设置侧的一端当中的位于电感器232d的前端附近的部分相对远离磁铁M的磁感应可能区41。

此时，与图16的情况相同，连接于轭233b的电感器233d的前端部优选不超出磁铁M的内周。

在本实施方式中，与图14所说明的情况相比，将磁铁M的外径加大。这样，只要略微加大磁铁M的外径，即可大幅扩大表面积，增加磁铁M产生的磁通量。另外，由于利用外侧来确保磁通量，不需要将磁铁M向内侧扩大，因此可以加大动叶片的直径，将水利能量高效率地转换成旋转能量。

下面，对本发明的实施方式所涉及的水龙头用发电机及自动水龙头装置的作用进行说明。

当使用者将手放在图2、3所示的出水口6的下方时，则经传感器7的探测后，控制部57将电磁阀8打开。由此，水流被供给到发电机1的筒体13的内部，经过筒体13内部的水从出水口6排出。当使用者的手离开出水口6的下方时，经由传感器7探知后，控制部57将电磁阀8关闭，自动停止流出水。

流入筒体13内的水流，流过预旋转静叶14的圆锥体表面而朝向径外方扩散，在图1及图4所示的实施方式中，成为相对于轴中心向右旋转的旋转流而流过静叶片18间的静叶流路71。

流过静叶流路71的旋转流，流入动叶流路72而冲击动叶片19上侧的倾斜面。在本实施方式中，流入动叶流路72的旋转流相对于旋转中心向右旋转，因此对于动叶片19作用着右方向的力，使动叶15向右旋转。而且，流过比磁铁M的内周面更内侧的动叶流路72的水流，通过轴承17的内侧而离开筒体13内部，到达出水口6。

随着动叶15的旋转，固定在一起的磁铁M也旋转。如图5所示，由于磁铁M的端面沿周向(旋转方向)交互磁化成N极与S极，因此随着磁铁M的旋转，与磁铁M的端面相对的电感器32a、33a及连接于这些的第1轭、第2轭32、33的极性产生变化。由此，作用于线圈30的交链磁通的方向改变，使线圈30产生电动势而进行发电。发电的电力对充电器56进行充电后，例如用于驱动电磁阀8、传感器7、控制部57等。

下面，对具有定子的其他实施方式的发电机进行说明，该定子为在永久磁铁的径向外侧配设电感器，并以相对于永久磁铁的径向大致垂直的方向的端面的方式配置线圈。

首先说明磁铁M与定子9。

图20是用于说明磁铁M的模式立体图。

图21是用于说明定子9的模式立体图。

如图20所示，在磁铁M的径向的端面(外周面)，沿周向在侧面交互磁化成N极与S极。

定子9具备：相对于磁铁M的与径向大致垂直的方向的端面的线圈30；在磁铁M的断面与线圈30之间沿周向配置成互相分离的多个电感器31a、33a；及连接于电感器31a、33a且设置成围住线圈30的磁性体构成的轭31b、32、33、34。

卷绕成圆筒状的线圈30，其内周面、外周面及轴向的两端面部被轭31b、32、33、34所围住。所述电感器31a、33a与轭31b、32、33、34全部由磁性体构成。

第1轭32呈大致圆筒状，配置成围住线圈30的内周面部，在其轴向的一端部，朝向径外方整体设置多个轭31b。在第1轭32，相对于线圈30的内周面部的部分与轭31b大致垂直。轭31b沿线圈30的周向等间隔配置。在轭31b的一端，设置朝向线圈30的轴向延伸的电感器31a。

第2轭33呈大致圆筒状，配置成围住线圈30的外周面部，在其轴向的一端部，朝向轴向整体设置多个轭33a。

电感器33a沿线圈30的周向等间隔配置，且配置在各电感器31a之间。即，电感器31a与电感器33a沿着线圈30的周向交互排列且互相分离。

各电感器31a、33a设于配置成围住线圈30的外周面部的部分(第2轭33)的正上方，从线圈30的中心至各电感器31a、33a的距离大致相同。

电感器31a、电感器33a设置成从线圈30的外周面朝向轴向延伸，其内周面(位于线圈30的中心方向侧的面)相对于磁铁M的外周面(径向的面)。

另外，轭31b相对于线圈30的一方的端面部。该线圈30的一方的端面部隔着轭31b及筒体13的凸缘部而相对于磁铁M的轴向端面。

第3轭34呈环片状，设置成相对于线圈30的另一方的端面部。切除第3轭34的外周侧的一部分而形成未图示的线圈配线取出部。

第3轭34结合于第1轭32及第2轭33的与设置电感器31a、轭31b、电感器33b的端部相反侧的端部。在由第1轭32、第2轭33、第3轭34所围住的空间内，收容线圈30，来自线圈30的配线从形成于第3轭34的外周侧的未图示的线圈配线的取出部向外部引出。这样，线圈30的配线经过形成于第3轭34的外周侧的未图示的线圈配线的取出部而从外周侧向外部引出，与从内周侧引出的情况相比，容易配线连接到控制部57的配线。

在第3轭34，例如设置凸状的定位部，通过使该定位部卡合在分别形成于第1轭32及第2轭33的凹状缺口部，第1轭32及第2轭33分别定位于周向的规定位置。由此，可以提电感器31a、33a间的间距精度。并且，可以在第3轭34设置凹状的定位部，在第1轭32及第2轭33分别设置凸状的定位部。

另外，在第2轭33设置缺口部40，在第1轭32设置缺口部39。这样，在第2轭33、第1轭32，在围住线圈30的周面部的部分，从设置电感器31a、33a的一端侧通过切除相邻的电感器之间而间歇地设置缺口部40、39，使第2轭33、第1轭32在周向形成磁绝缘。而且，在沿第2轭33、第1轭32的周面形成的磁路当中，通过切除无助于发电的部分，可以抑制铁损而增加发电量。

这样，在轭，从设置电感器的一端侧将相邻的电感器之间，大致垂直于径向的方向进行切除而间歇地设置缺口部，使轭的设置电感器的一端侧的部分相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

下面，用图22说明其他实施方式的具备定子及磁铁的发电机1。

筒体13呈由小径部13a与大径部13b构成的段差状，以供水流路连通于其内部的状态配设于图2、3所示出水部3b。此时配设成筒体13(动叶15)的中心轴向大致平行于水流的方向。另外，筒体13配设成小径部13a朝向下游侧，大径部13b朝向上游侧。

在筒体13的内部，从上游侧按顺序设置盖体314、动叶15、轴承17。轴承17设于小径部13a的内部，盖体314及动叶15设于大径部13b的内部。

大径部13b的上游端的开口为通过O形环52由密封构件51的密封成液密状态。在密封构件51的内部设置段差孔，其段部51a形成环状，盖体314被支撑于该段部51a上。相对于筒体13，盖体314被固定而不旋转。

在盖体314的下游侧，设置动叶15。动叶15呈圆柱状，设有朝向径内方向突出的多个突起状的动叶片19。从周向观察，相邻的动叶片19之间的空间具备动叶流路72的作用。

而且，在后述的动叶整体旋转体315a的端面或磁铁M与筒体13或密封构件51之间，设有用于使动叶15旋转的间隙。

与轴承17呈整体化的中心轴24朝向上游侧突出。中心轴24插通于动叶15的轴套部15b，使动叶15可以绕中心轴24旋转。并且，也可以使动叶15与中心轴24呈整体化，由盖体314与轴承17来支撑中心轴24的两端部，使与中心轴24成整体化的动叶15旋转。即，只要以动叶15的轴向与供水流路大致平行的方式，将具有动叶片的动叶15设置于供水流路即可。在此指的动叶15的轴向与中心轴24的方向相同。

轴承17具备：固定于筒体13内周面的环状构件21；及设于该环状构件21的中心的轴支撑部22，环状构件21与轴支撑部22通过放射状的连接构件23来结合。由于各连接构件23之间为贯穿而未封闭，因此不妨碍筒体13内部的供水的流动。

在筒体13的大径部13b的内部收容有：在动叶片19的下游侧设于径外方侧的侧端面的动叶整体旋转体315a；及固定在动叶整体旋转体315a的外周部的圆环状磁铁M。在筒体13的小径部13a的外侧，以相对于磁铁M的下游侧的与径向大致垂直的端面的方式设置定子9。

图23是用于说明本实施方式的发电机1所具备的盖体314的模式立体图。

图24是图22的A-A线剖视图。

如图23、24所示，盖体314的形状为在圆柱体的一端面(位于上游侧的面)将圆锥体设成整体。另外，在圆锥体的另一端面(位于下游侧的面)设置凸缘部14a。

在盖体314的内部设有在凸缘部设置侧的端面开口的圆柱形的空间部314b。在空间部314b收容有设于动叶15的上游侧的动叶片19。在盖体314的中心轴上，在面对空间部314b侧的面上支撑着插通动叶15的中心轴24的一端。

在盖体314的周面的3个位置，设置连通于空间部314b的喷嘴318。喷嘴318以其下面接触凸缘部的上面的方式沿盖体周面的周向等间隔设置。喷嘴318朝向收容于空间部314b的动叶片19开口，其方向为朝向比动叶片19的外切圆的切线方向更内侧。

根据这种喷嘴318，从与动叶15的轴向(中心轴24的方向)平行的方向流过来的水，在与动叶15的轴向(中心轴24的方向)大致垂直的平面内，从动叶片19的径外方向朝向动叶片19喷出。

另外，从喷嘴318喷出的水的方向为朝向比动叶片19的外切圆的切线方向更内侧。

动叶片19的上游侧端面被动叶15的顶部15d支撑，下游侧端面19a被动叶15的叶片支撑面15c支撑。因此，在动叶15的径外方向的端面(外周面)，动叶片19未得到支撑，因此水可以从动叶15的径外方向的端面(外周面)朝向内部流动。

如图24所示，动叶片19由曲线构成，将其朝向其前端接近动叶15中心的方向弯曲。动叶片19的出口侧前端19b与动叶15的轴套部15b相隔离，使从动叶片19的入口侧朝向出口侧形成顺沿动叶片19的圆滑的水流。因此，可以提高叶轮效率，高效地将水力能量转换成电力。

此外，动叶片19的片数为不同于喷嘴318数目的整数倍的值。例如，动叶片19的片数为11片，喷嘴318的数目为3个。只要动叶片19的片数不是喷嘴318数目的整数倍，由于可以错开朝向动叶片19喷出的时期，因此可以抑制动叶15的震动与噪音的发生。

动叶片19的出口侧前端19b比用于支撑动叶片19的下游侧端面的叶片支撑面15c更朝向动叶15的内侧突出。因此，可以将设于叶片支撑面15c的内侧的流路15e的径向尺寸加大，因此可以抑制压力损失。另外，由于可以将动叶片19的径向长度加长，因此可以增大动叶片19的面积。其结果，可以提高叶轮效率，高效地将水力能量转换成电力。

动叶片19的下游侧端面19a的位置比喷嘴318更下游侧。因此，从喷嘴318喷出的水流中，朝向下游侧扩散的水流也会冲击动叶片19。其结果，可以提高叶轮效率，高效地将水力能量转换成电力。

如图23所示，根据这样的喷嘴318，从平行于中心轴24的方向流过来的水流62a，在大致垂直于中心轴24的平面内，可以从动叶15(动叶片19)的径外方向朝向内侧喷出。

以上，针对本发明的实施方式进行说明。但本发明并不限于上述记载。例如，图22所示的其他实施方式的发电机1，除了图20、21的磁铁M及定子9，也可以具备图5、8等所示的磁铁及定子。另外，图20、21的磁铁M及定子9，也可以应用于图1的发电机1。

Claims (9)

1.一种水龙头用发电机，其特征为，具备：

设于供水流路的动叶；

可以与所述动叶整体旋转的圆环状磁铁；

及具有线圈、多个电感器、轭的定子，该线圈配设成相对于所述磁铁的大致垂直于径向的端面，该多个电感器在所述磁铁的所述端面与所述线圈之间配置成沿周向互相分离，该轭配设成连接于所述电感器且围住所述线圈，

所述动叶的轴向与所述供水流路大致平行，

所述圆环状磁铁沿其周向在与径向大致垂直的方向的端面交互磁化成N极与S极，

在所述轭的所述电感器的设置侧的一端当中，位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

2.根据权利要求1所述的水龙头用发电机，其特征为，

所述轭在相对所述线圈的周面部的所述电感器的设置侧的一端当中，具有切除位于所述电感器的前端附近的部分而形成的缺口部，

使所述轭的位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

3.根据权利要求2所述的水龙头用发电机，其特征为，所述缺口部为将位于所述电感器的前端附近的部分朝向与径向大致垂直的方向切除而形成。

4.根据权利要求1所述的水龙头用发电机，其特征为，所述磁铁的内径形成为比所述定子的内径大，且所述磁铁的外径形成为比所述定子的外径小，使所述轭的位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

5.根据权利要求1所述的水龙头用发电机，其特征为，所述磁铁的外径形成为比所述定子的外径小，所述轭在位于所述磁铁的内周面侧的部分，在所述电感器设置侧的一端当中，具有切除位于所述电感器的前端附近的部分而形成的缺口部，使所述轭的位于所述电感器的前端附近的部分，形成为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

6.根据权利要求1所述的水龙头用发电机，其特征为，所述磁铁的内径形成为比所述定子的内径大，所述轭在位于所述磁铁的外周面侧的部分，在所述电感器设置侧的一端当中，具有切除位于所述电感器的前端附近的部分而形成的缺口部，使所述轭的位于所述电感器的前端附近的部分，地形为相对远离所述磁铁的磁感应可能区。

7.一种水龙头用发电机，其特征为，具备：

设于供水流路的动叶；

可以与所述动叶整体旋转的圆环状磁铁；

及具有线圈、多个电感器、轭的定子，该线圈配设成相对于所述磁铁的大致垂直于径向的端面，该多个电感器配置成相对于所述磁铁的侧面且沿周向互相分离，该轭配设成连接于所述电感器且围住所述线圈，

所述动叶的轴向与所述供水流路大致平行，

所述圆环状的磁铁在所述侧面沿其周向交互磁化成N极与S极，

所述轭具有局部切除相对于所述线圈的周面部的所述电感器的设置侧的与径向大致垂直的方向的端部而形成的缺口部。

8.根据权利要求1所述的水龙头用发电机，其特征为，利用流过比设置成至少围住作为所述动叶的一部分的动叶上游侧部分的所述磁铁的内周面更内侧或者利用流过比用于使所述动叶与所述磁铁整体化的动叶环的内周面更内侧的水流的力量来使所述动叶旋转。

9.根据权利要求7所述的水龙头用发电机，其特征为，利用流过比设置成至少围住作为所述动叶的一部分的动叶上游侧部分的所述磁铁的内周面更内侧或者利用流过比用于使所述动叶与所述磁铁整体化的动叶环的内周面更内侧的水流的力量来使所述动叶旋转。

Images