WO2001089066A1

WO2001089066A1 - Dispositif de production d'une petite puissance et dispositif de robinet a eau

Info

Publication number: WO2001089066A1
Application number: PCT/JP2001/004079
Authority: WO
Inventors: Yukinobu Yumita
Original assignee: Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho; Toto Ltd.
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2001-11-22
Also published as: EP1306962B1; EP1306962A1; CN1293694C; CN1429423A; DE60141208D1; US20030164612A1; US6876100B2; EP1306962A4; AU5676601A

Description

明細書小型発電装置及び水栓装置技術分野

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発電装置及びこの小型発電装置が配設された水栓装置に関する。技術背景

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一が感知し、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）。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、このス亍一タ極を通過する磁束と鎖交するように 1層の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リロータマグネットがス亍ータ極に対して相対回転する。このため、ロータと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、上記ス亍ータコイルにはこの磁束の流れの変化を妨げる方向に電流が流れ、この電流は整流された後、蓄電池に蓄えられる。

上述したように、発電装置のロータとステータ極との間には磁束が流れている。この磁束は、流水の水力により水車を回転させる際の抵抗となる。すなわち、口一タとス亍一タ極間に発生している磁束がディテントトルクとなり、水車の起動時及び回転時に水車の動作にブレーキをかけることとなる。したがって、水車はある一定以上の流量および水圧を受けなければ回転しない。そのため、流量が少なかったり水車の受ける流水の水圧が低いと、水車は回転せず発電もなされなし、。なお、ロータマグネットの磁力を低いものとすると、ディテントトルクが低減され水車自体は回転することとなるが、ロータ回転時に発生する誘起電圧も低くなり発電量が非常に低下してしまう。このため、所望の発電量を得るためには、ロータマグネットの磁力はある程度強くし、かつ水車を回転させるための流体の流量及び水圧をある程度確保する必要がある。このような事情から、従来より広く使用されている自動水栓装置用の小型発電装置では、具体的には、流量を 3. 0リットルノ分以下とすると、上述のディテントトルクが抵抗となり水車がスムーズに回転できない。水車を回転させるには、流量を 3リツ卜ル分より大きくする必要がある。なお、近年、環境面の整備やその他種々の問題から節水が叫ばれて久しい。このような状況にあるため、上述の自動水栓装置においても 1回に流す水量をできるだけ少なく抑えたいという課題を有している。加えて、使用者の節水に対する問題意識が向上した現在の状況下においては、流量と共に吐出される流水の水圧も低く抑えたし、。水圧を低くすることにより、見た目上、節水中であるというイメージを与えたいからである。発明の開示

本発明の目的は、少量の水量であっても水車が回転し、十分な電力量の発電をすることが可能な小型発電装置及び水栓装置を提供することにある。本発明の小型発電装置は、上記のような課題に鑑み、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、複数層からなるステータ部を備えたステツピングモータのステータ部に対向配置されたロータ部とし、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ている。このように発電用のステッピングモータのステータ部を複数層で構成したため、各層がステータ部とロータ間のディテン卜トルクを打ち消すように作用し、ディ亍ン卜トルクを低減することが可能となる。その結果、水車を低流量及び低水圧で回転させることが可能となる。また、他の発明は、上述の小型発電装置に加えて、ステータ部とロータ部との間に発生するディテントトルクを、複数層の各層が互いに打ち消すように設定されている。例えば、各層をスキュー (周方向へ回転させて意識的に各層の極をずらすこと）したり、各層間に非磁性部材を介在させる等して、積極的にディテントトルクを低減するように設定することにより、上述の作用がさらに効果的なものとなる。

また、他の発明の小型発電装置は、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、複数のコイル部を有するス亍ータ部を備えたブラシレスモータのステ一タ部に対向配置されたロータ部とし、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ている。このように水車に連結された回転体をブラシレスモータのステータ部に対向配置されたロータ部としたため、従来の 1層式のステッピングモータ方式の発電装置に比べ、ディテントトルクを低減することが可能となる。その結果、水車を低流量及び低水圧で回転させることが可能となる。また、他の発明は、上述の小型発電装置に加えて、ロータ部に着磁された極数とステ一タ部のコイル部数との関係を、 2— 3、 4— 3もしくは 4— 6に設定している。そのため、ス亍ータ部とロータ部間のディテン卜トルクをさらに低減することが可能となる。また、他の発明は、上述の各小型発電装置に加えて、流体通路の一部となると共に通過する流量を絞って水車の羽根部分に射出するための射出孔を備えた射出部材を備えている。そのため、少ない流量であっても射出孔によってある程度水圧を高めることができるため、水車をより滑らかに回転させ発電を可能とすることができる。また、上述の各小型発電装置はディテントトルクを低減したことにより低流量及び低水圧で発電が可能となっているため、射出孔の径を大きめとし、これによつて水圧をそれ程高めることなく発電することも可能となる。このように設定する場合は、高水圧によって射出部材が損傷する危険性が低減される。

また、本発明の水栓装置は、バルブの開放程度を制御することにより、流体通路へ流出させる流量を通常より少なくした節水モードと、流量を通常とする通常モードの少なくとも 2モードを備えると共に、上記請求項 6または請求項 9記載の小型発電装置を流体通路へ配設している。上述したように、流体通路へ配設された上記請求項 6または請求項 9記載の小型発電装置はディテントトルクが低減されているため、低流量及び低水圧で発電が可能である。そのため、水車へ供給される流体の水圧を低めに設定すれば、通常モード時において高水圧により部材が損傷する危険性を低減することができ、かつ節水モードにおいても十分に発電ができるようにすることが可能となる。また、他の発明は、上述の水栓装置に加えて、節水モード時における流量を、 2. 0リットル分〜 3. 0リットルノ分としている。そのため、十分に節水が可能となると共に、この低水量によって発電を可能とすること力《できる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施の形態の 2層式のステッピングモータ方式の小型発電装置の縦断面図を示している。

図 2は図 1の小型発電装置を図 1の矢示 II方向から見た側面図である。

図 3は図 2を矢示 III方向から見た底面図である。

図 4は流体通路を絞って水圧を高めた状態で水車に吹き付けるための部材 (ノズルリング）と水車との関係を示した模式図である。

図 5は本発明の第 2の実施の形態のブラシレスモータ方式の小型発電装置の縦断面図を示している。

図 6は図 5の小型発電装置を図 5の矢示 VI方向から見た側面図である。

図 7 (a)は本発明の小型発電装置を用いた水栓装置の正面断面図を示し、図 7 (b)はその側面断面図を示している。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の小型発電装置及び水栓装置の各実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明の第 1の実施の形態となる 2層式のステッピングモータ方式を利用した小型発電装置について、図 1から図 4を用いて説明する。図 1は、本発明の第 1の実施の形態となる 2層式のステッピングモータ方式の小型発電装置の縦断面図を示している。また、図 2は、図 1の小型発電装置を図 1の矢示 II方向から見た側面図である。また、図 3は、図 2を矢示 III方向から見た底面図である。また、図 4は、流体通路を絞って水圧を高めた状態で水車に吹き付けるための部材 (ノズルリング)と水車との関係を示した模式図である。図 1に示すように、第 1の実施の形態の 2層式のステッピングモータ方式を利用した小型発電装置は、ケーシング 1と、ケーシング 1内に配設されたノズルリング 2と、ノズルリング 2の内周側に回転自在に配置された水車 3と、水車 3と一体的に回転する回転体 4と、回転体 4の外周側に配置されたステンレス製の力ップ状部材 5と、このカップ状部材 5のさらに外側に配置されたステッピングモータのステータ部 6とを備えている。図 1及び図 2に示すように、ケーシング 1は、本体部 1 1と、この本体部 1 1の外側に突出している流入路 1 2と流出路 1 3とを備えている。本体部 1 1は、上述の回転体 4及びス亍ータ部 6とで構成される発電部を取り付けるための発電部取付部 1 1 aを備えている。発電部取付部 1 l aは、本体部 1 1の図 1における右側に形成された解放端面部分及びその外周部分から構成され、その外周部分には円周状の溝 1 1 bが形成されている。そして、溝 1 1 b内には、 Oリング 8が埋め込まれている。さらに、この Oリング 8を溝 1 l b内に封入するように、上述のカップ状部材 5の鍔部 52が押し当てられ、この鍔部 52の外周端部を本体部 1 1に形成された凸部 1 1 dに当接させた状態 (図 1中の拡大図参照)で、上述の発電部取付部 1 1 a とで挟み込むように蓋部材 9が被せられる。すなわち、発電部取付部 1 1 aには、 Oリング 8を溝 1 1 b内で押しつぶしながらカップ状部材 5が押し当てられ、さらにその上から蓋部材 9が被せられることとなる。なお、このようにカップ状部材 5の鍔部 52の外周端部を凸部 l i dの内周部に当接させることにより、カップ状部材 5はス亍ータ部 6の内周部分に位置決めされる。そして、図 2に示すように、蓋部材 9の 4隅に形成されたネジ孔に 4本のネジ 1 0をはめ込んでネジ締めすることにより、蓋部材 9はケーシング 1の本体部 1 1に固定される。これにより、ケ一シング 1の解放端面となる発電部取付部 1 1 aは、カップ状部材 5によって閉じられることとなる。カップ状部材 5は、非磁性のステンレス製部材で形成されており、絞り加工によって鍔部 52と筒状部 51と底部 53とが形成されたものとなっている。そして、底部 53には、水車 3及び回転体 4を支承する軸 7の一端を回転自在に受ける軸受け 1 5が嵌め込まれている。このカップ状部材 5は、ケ一シング 1内を通過する流体からステッピングモータのステータ部 6を隔離すると共に、ケ一シング 1 外への流体の流出を防止するためのものとなっている。なお、このケーシング 1に形成された流入路 1 2、流出路 1 3及びこれらを連結する連結路 1 4は、蛇口やバルブ等から構成される水栓装置（図 7参照）の流体通路の一部に配設されるものとなっており、流体源から流入路 1 2へ入り込んできた流体が連結路 1 4を通過して流出路 1 3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に回転力を与えるようになつている。この部位における詳細な説明は後述する。連結路 1 4内には、後述する水車 3及び回転体 4の回転を支承する軸 7の他端が回転自在に配置される。この軸 7は、一端がケ一シング 1の連結路 1 4内に形成された軸受け用の穴 1 4aに回転可能にはめ込まれ、他端側が上述の解放端面を通過しその先端がカップ状部材 5内に配置された軸受け 1 5内に回転可能にはめ込まれている。これにより、軸 7は、ケーシング 1とカップ状部材 5とにより協働して保持される。そして、ケーシング 1の連結路 1 4内には、上述の水栓装置の流体通路の一部となると共に通過する流体の流量を絞って水車 3の羽根部分 31 (図 4参照）へ射出するための射出部材としてのノズルリング 2が圧入によりはめ込まれている。ノズルリング 2は、略筒状のリング部 21と、このリング部 21の一方の解放端を外周方向に折曲することにより形成した鍔部 22とを有している。そして、リング部 21には、図 4に示すように、流入路 1 2に入り込んできた流体の流入通路を絞って、内側に配置される水車 3の羽根部分 31に射出する射出孔としての 2つのノズル 23が約 1 80度対称位置に設けられている。流体通路の一部となるノズルリング 2の内側に配設された水車 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。水車 3は、円筒状のリング部 32と、このリング部 32の一側端面に外周先端部分が接続されると共にその中心部分が上述の軸 7に揷通固定された羽根部分 31とからなる。なお、羽根部分 31は、ノズル 23からの流体の圧力を受けやすいように円弧状に湾曲している。このため、水車 3は、流入路 1 2に入り込み 2つのノズル 23で絞られて圧力を高められた流体が羽根部分 31に勢い良ぐつかり、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にぶつけられた流体は、水車 3の開放部分、リング部 32の内周部分を経て、連結路 1 4から流出路 1 3へ移動する。回転体 4は、水車 3と連結軸部 35を介して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。すなわち、上述の水車 3、連結軸部 35及び回転体 4 は、軸 7の伸びる方向に連結された状態で配置されている。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。なお、連結軸部 35及び回転体 4には、軸 7が伸びる方向に連通された 4つの連通孔 4aが周方向に等間隔で形成されている。これらの連通孔 4aは、回転体 4の図 1における右側にも流体を流し込むことによって軸 7の軸受け 15 に対する回転をスムーズにさせるためのものとなっている。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、ステッピングモータのロータ部となっており、ロータマグネット Mgで構成されその外周面には 8 極着磁がなされている。そして、この外周面が、カップ状部材 5の筒状部 51を通してステッピングモータのス亍一タ部 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、ス亍ータ部 6に対して相対回転するようになっている。ステータ部 6は、軸方向に重ねて配置された 2つの層 6a， 6bで構成されている。各層 6a， 6b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 61 a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、コイルポビンに卷回されたコイル 63とを備えている。コィル 63の巻き始め部分及び巻き終わり部分は、それぞれ端子 64に接続されている。このように構成されたステータ部 6は、カップ状部材 5の筒状部 51の外側部分にはめ込まれている。このため、このス亍ータ部 6の各極歯 61 a, 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 64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。なお、水車 3を回転させるための具体的な流量に関して以下に述べる。水車 3 が受ける回転力は、流体の流量及び水圧によって設定される。すなわち、上述した流入路 1 2に入り込んできた流体をノズル 23によってある程度絞り込んで水車 3の羽根部分 31に勢い良く当てることにより、水車 3は流体から回転力を受けることとなる。当然ながら、ノズル 23によって流体通路を絞ることによリ水圧を高める構成としなくても、流量自体が十分であれば水車 3は回転する。しかしながら、このようにノズル 23で水圧を高めた状態で水車 3の羽根部分 31に流体をぶつける方が、より少ない流量で水車 3を回転させることが可能となる。なお、本実施の形態では、流体通路を絞り水圧を高める構成となっている力水圧を高めすぎると水車 3の羽根部分 31やノズルリング 2やその他の流体の流路が破損してしまう恐れも生じる。また、逆に水圧が低すぎると流量が不十分となり満足な発電を行えない。そのため、この水圧に関しては水車 3やノズルリング 2の材質や厚み等との関係で適宜設定する必要がある。また、水車 3の羽根部分 31の形状や水車 3の総重量（回転体 4の重量も含む）に加えて、回転体 4とステータ部 6との間に発生するディテントトルク力上述の回転力に対向する抵抗となるが、本発明の主要な部分はディテントトルク部分を低減することにある。本実施の形態では、ステータ部 6を 2層構造とし、スキュー (周方向に各層をずらすこと)することにより、例えば周方向において上述の極歯位置をずらして、ロータ部となる回転体 4の着磁部分との間に発生するディテントトルクを、互いに打ち消すようにしている。これにより、ディテントトルクが低減される。このため、水車 3を回転させる際の回転体 4とステータ部 6間のディテントトルク力それ程強力なブレーキとならず、水車 3は回転体 4と共に少量の流量及び水圧でスムーズに回転可能となる。

なお、本実施の形態では、このようにステッピングモータのス亍ータ部 6を 2層構造とし、かつ羽根部分 31の形状及び厚みを所定寸法に設定することにより、

2. 0〜3. 0リットル Z分で流入路 1 2に流れ込んでくる流体を利用して、水車 3 を回転させることが可能となる。

また、本実施の形態では、発電機が回転し始める最小起動電流量は 1 . 2〜

1 . 5リットル Z分程度に設定しているが、その発電量はわずかであり、さらに、図示されない蓄電部に蓄えるために必要な電圧は、 AC力、ら DCに変換することを考慮すると、少なくとも 5V以上は必要となる。本実施の形態では、 2. 0リットル分より少し少ない流量で発電は可能ではある力実際に確実に発電させるには、 2. 0リットル/分以上の流量が必要となる。

一方、実使用面において、 2. 0リットル Z分という流量は手洗い用として使用する最小流量である。以上のことにより、本実施の形態では、 2. 0〜3. 0リッ卜ル Z分の流量を節水モードとして、 3. 0リットル分を超える流量を通常モードとして設定した。

なお、ス亍ータ部 6を 1層構造とし、他の部分の上述の実施の形態と同様とすると、ディテントトルクが上述の実施の形態より強くブレーキとして作用してしまう。具体的には、 3リットル Z分を超える流量でないと水車 3が回転しない。次に、本発明の第 2の実施の形態となるブラシレスモータ方式を利用した小型発電装置について、図 5から図 6を用いて説明する。なお、この第 2の実施の形態の説明においては、上述の第 1の実施の形態と同様の構成については、説明を省略すると共に同一構成部分については上述の第 1の実施の形態と同符号を用いるものとする。図 5は、本発明の第 2の実施の形態の小型発電装置の縦断面図を示している。また、図 6は、図 5の小型発電装置を図 5の矢示 VI方向から見た側面図である。図 5に示すように、第 2の実施の形態のブラシレスモータ方式の小型発電装置は、ほぼ第 1の実施の形態と同様の構成を有しており、ケーシング 1と、ケーシング 1内に配設されたノズルリング 2と、ノズルリング 2の内周側に回転自在に配置された水車 3と、水車 3と一体的に回転する回転体 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部材 1 05と、このカップ状部材 1 05のさらに外側に配置されたブラシレスモータのス亍ータ部 1 06とを備えている。ケ一シング 1の本体部 1 1 1は、上述の回転体 4及びステータ部 1 06で構成される発電部を取り付けるための発電部取付部 1 1 l aを備えている。発電部取付部 1 1 1 aは、本体部 1 1 1の図 5における右側に形成された中心部に穴を有する凹部 1 1 1 cとその外周部分から構成され、その外周部分には円周状の溝 1 1 1 b が形成されている。そして、溝 1 1 1 b内には、 Oリング 8が埋め込まれている。さらに、この Oリング 8を溝 1 1 1 b内に封入するように、上述のカップ状部材 1 0 5の最外周部分に形成された鍔部 1 52力お押し当てられ、この鍔部 1 52の外周端部を本体部 1 1 1に形成された凸部（図示省略 =構造は上述の第 1の実施の形態と同様）に当接させた状態で、上述の発電部取付部 1 1 1 aとで挟み込むように皿状部材 90が被せられる。すなわち、発電部取付部 1 1 1 aには、 Oリング 8 を溝 1 1 l b内で押しっぷしながらカップ状部材 1 05が押し当てられ、さらにその上から皿状部材 90が被せられることとなる。そして、図 6に示すように、皿状部材 90の 4隅に形成されたネジ孔に 4本のネジ 1 0をはめ込んでネジ締めすることにより、皿状部材 90はケ一シング 1の本体部 1 1 1に固定される。これにより、ケーシング 1の解放端面となる発電部取付部 1 1 1 aは、カップ状部材 1 05によつて閉じられることとなる。カップ状部材 1 05は、非磁性のステンレス製部材で形成されており、絞り加工によって鍔部 1 52と、鍔部 1 52に連続する外側筒状部 1 55と、この外側筒状部 155の内側に配置された内側筒状部 1 51と、両筒状部 1 51， 1 55を連結する連結面部 1 56と、底部 1 53とが形成されたものとなっている。そして、このように構成されたカップ状部材 1 05は、上述した発電部取付部 1 1 1 aの凹部 1 1 1 c内にはめ込まれ、上述したようにケ一シング 1と皿状部材 90とに挟まれて固定される。底部 1 53には、水車 3及び回転体 4を支承する軸 7の一端を回転自在に受ける軸受け 1 5が嵌め込まれている。このカップ状部材 1 05は、ケ一シング 1内を通過する流体からブラシレスモータのステータ部 1 06を隔離すると共に、ケ一シング 1外への流体の流出を防止するためのものとなっている。そして、ケーシング 1の連結路 1 4内には、上述の水栓装置の流体通路の一部となると共に通過する流体の流量を絞って水車 3の羽根部分 31へ射出するための射出部材としてのノズルリング 2が圧入によりはめ込まれている。このノズルリング 2の構成は、上述した第 1の実施の形態と同様である。また、このノズルリング 2の内側に配置された水車 3及び水車 3に一体的に形成された回転体 4の構成も、上述した第 1の実施の形態と同様である。水車 3に連結され水車 3と共に回転する回転体 4は、ブラシレスモータのロータ部となっており、ロータマグネット Mgで構成されその外周面には 2極着磁がなされている。そして、この外周面が、カップ状部材 1 05の内側筒状部 1 51を通してブラシレスモータのステ一タ部 1 06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 1 06に対して相対回転するようになっている。ステータ部 1 06は、図 6に示すように、周方向に等分配置された 3つのコイル部 1 06a， 1 06b, 1 06cで構成されてし、る。各コィゾレ部 1 06a, 1 06b, 1 06c は、それぞれステータコア 1 61と、このステ一タコア 1 61に巻回されたコイル 1 6 3とを備えている。コイル 1 63の巻き始め部分及び巻き終わり部分は、それぞれ端子 1 64に接続されている。このように構成されたステータ部 1 06は、カップ状部材 1 05の内側筒状部 1 5 1と外側筒状部 1 55との間の部位にはめ込まれている。このため、このス亍ータ部 1 06の極となる各ヨーク部材 1 61の内側対向面 1 61 a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ィル 1 63に誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、端子 1 64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る。それは、出力コイルが 3相の Y結線とされた発電部によって誘起された交流電圧は、 6個のダイオードと 1個の平滑コンデンサからなる 3相ブリッジ回路 (図示省略）を通して整流され直流に変換され電池に充電される。なお、ス亍ータ部 1 06は、上述したように 3つのコイル部 1 06a， 1 06b, 1 06 cから構成され 3極を有するものとなっている。一方、このステ一タ部 1 06に対向配置された回転体 4は、上述したように 2極着磁となっている。すなわち、本実施の形態は、ブラシレスモータ方式となっており、回転体（ロータ部） 4に着磁された極数とステータ部 1 06のコイル部数 (極数）との関係が、 2— 3となっている。そのため、従来の 1層式のステッピングモータ方式のように、ステータ部 10 6と回転体 4との間に発生するディテントトルクが大きくなし、。このため、水車 3を回転させる際の回転体 4とステータ部 1 06間のディテン卜トルクが、それ程強力なブレーキとならず、水車 3は回転体 4と共に少量の流量及び水圧でスムーズに回転可能となる。なお、回転体（ロータ部） 4に着磁された極数とス亍ータ部 1 06のコイル部数 (極数）との関係は、この実施の形態のように 2— 3でなぐたとえば 4一 3や 4— 6としてもよい。このように発電装置の主要部をブラシレスモータ方式で構成した第 2の実施の形態においても、上述した第 1の実施の形態と同様、 2. 0〜3. 0リットル Z分で流入路 1 2に流れ込んでくる流体を利用して、水車 3を回転させることが可肯 gとなる。なお、発電装置の構造を、ステッピングモータ方式とし、かつステータ部を 1層構造 (先述した第 1の実施の形態はステータ部が 2層構造）とすると、上述したようにディテントトルクが強くブレーキとして作用してしまう。具体的には、 3リットル Z分を超える流量でないと水車 3がスムーズに回転しなし、。上述したように、発電装置の主要部の構成を、ブラシレスモータ方式とすることで、少量の水でも発電を可能とすることができる。上述した各実施の形態の小型発電装置は、 2. 0〜3. 0リットル Z分と少量の流量を利用して発電をすることが可能となる。加えて、 3. 0リットル分を超える流量となった場合でも当然ながら発電でき、しかもディテントトルクの影響を受けずにスムーズに回転体 4が回転するため、同回転数当たりの発電出力は従来のものに比して高いものとなる。このような効果を有しているため、上述した各実施の形態の小型発電装置を取り付けた水栓装置を、バルブの開放程度を制御することにより、流体通路へ流出させる流量を通常より少なくした節水モードと、流量を通常とする通常モードの少なくとも 2モード仕様とし、節水モード時の流量を上述の 2· 0〜3· 0リットル Ζ分としても良し、。このようにすれば、節水モード時においても発電が可能となり、かつ通常モード時においては効率の良い発電出力を得られることができる。また、上述したように各実施の形態では、従来の 1層構造のステッピングモータ方式に比べ、ディテントトルクを低減することが可能であるため、これを利用し、例えばノズル 23の穴径を広げて水車 3への水圧を低減し、ノズルリング 2および水車 3の水圧による破損の危険性をさらに低減するようにしても良い。その場合、ノズル 23の穴径を広げ水圧を低下させた分、水車 3が回転可能な最低流量が若干上昇してしまうが、その流量が例えば 2. 5リットル Ζ分程度であれば、従来のものに比して十分高性能といえる。次に、上述した本発明の小型発電装置を用いた水栓装置の実施例について説明する。

図 7 (a)、 (b)は、本発明の小型発電装置を用いた水栓装置の断面図である。図 7 (_a)、（b)において、水栓装置 1 000は、その先端に吐水口と人体の手を検出する人体検出センサー 1 001が設けられている。水栓装置 1 000内には、流体通路 1 004の開閉を行う電磁弁 1 003と、図 1または図 5に示す小型発電装置 1 005と、上記した電磁弁 1 003 の開閉を制御し、また、上記小型発電装置 1 005で発生させた誘起電圧を直流に変換する直流変換回路 (図示省略)やこの直流を整流する整流回路 (図示省略)および整流された電流を蓄電する蓄電部（図示省略)等を有するコントローラ 1 002とカ《概略構成されている。

次に、水栓装置 1 000の動作を説明する。

人体の手を人体検出センサー 1 001により検出すると、人体検出センサ一 1 0 01力、ら信号力コントローラ 1 002に出力される。コントローラ 1 002は、電磁弁 1 003に開信号を出力し、電磁弁 1 003が開き吐水する。水は、水栓装置 1 00 0内の流体通路 1 004内を流れ、小型発電装置 1 005に到達する。小型発電装置 1 005内では、上述したように、流入路に入り込んできた水をノズル等によリ水圧を高くし水車の羽根部分に当て、水から回転力を受けることにより、誘起電圧が発生する。

この誘起電圧は、直流変換回路（図示省略）により直流に変換され、さらに整流回路 (図示省略)を通して整流されて蓄電部（図示省略)に蓄電される。

そして、蓄電部（図示省略）に蓄電された電流はコントローラ 1 002に通電される。

一、人体の手を検出しなくなると、人体検出センサ一 1 001がそれを検知し、その信号をコントローラ 1 002に出力し、電磁弁 1 003を閉じる。

なお、水栓装置 1 000の動作については、上記したものに限定されることなく、例えば、所定の時間だけ水を流した後、自動的に水を止めるようにしてもよい。本発明の小型発電装置は、流体の通過によって回転する水車に連結された回転体を、複数層からなるステ一タ部を備えたステッピングモータのス亍一タ部に対向配置されたロータ部としている。そのため、各層がス亍ータ部とロータ間のディテントトルクを打ち消すように作用し、ディテントトルクを低減することが可能となる。その結果、水車を低流量及び低水圧で回転させることが可能となる。また、他の発明の小型発電装置は、流体の通過によって回転する水車に連結された回転体を、複数のコイル部を有するステータ部を備えたブラシレスモ一タのス亍ータ部に対向配置された口一タ部としている。そのため、ディテントトルクを低減することが可能となる。その結果、水車を低流量及び低水圧で回転させることが可能となる。また、本発明の水栓装置は、バルブの開放程度を制御することにより、節水モードと通常モードの少なくとも 2モードを備え、かつ上述の小型発電装置を流体通路へ配設している。このように、本発明の水栓装置は、ディテントトルクが低減された小型発電装置を流体通路へ配設することによリ低流量及び低水圧で発電が可能なものとなる。そのため、水車へ供給される流体の水圧を低めに設定すれば、通常モード時において高水圧により部材が損傷する危険性を低減することができ、かつ節水モードにおいても十分に発電ができるようにすることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1. 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、複数層からなるステ一タ部を備えたステッピングモータの上記ス亍ータ部に対向配置された口ータ部とし、このロータ部を上記流体の通過に伴って上記ステ一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ことを特徴とする小型発電装置。

2. 前記ス亍ータ部と前記ロータ部との間に発生するディテントトルクを、前記複数層の各層が互いに打ち消すように設定されたことを特徴とする請求項 1 記載の小型発電装置。

3. 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、複数のコイル部を有するステータ部を備えたブラシレスモータの上記ステ一タ部に対向配置されたロータ部とし、このロータ部を上記流体の通過に伴って上記ス亍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ことを特徴とする小型発電装

4. 前記ロータ部に着磁された極数と前記ス亍ータ部のコイル部数との関係を、 2— 3、 4— 3もしくは 4一 6に設定したことを特徴とする請求項 3記載の小

5. 前記流体通路の一部となると共に通過する流量を絞って前記水車の羽根部分に射出するための射出孔を備えた射出部材を備えたことを特徴とする請求項 1記載の小型発電装置。

6. バルブの開放程度を制御することにより、流体通路へ流出させる流量を通常より少なくした節水モードと、流量を通常とする通常モードの少なくとも 2 モードを備えると共に、上記請求項 1記載の小型発電装置を上記流体通路へ配設したことを特徴とする水栓装置。

7. 前記節水モード時における流量を、 2. 0リットル分〜 3. 0リットル/ 分としたことを特徴とする請求項 6記載の水栓装置。

8. 前記流体通路の一部となると共に通過する流量を絞って前記水車の羽根部分に射出するための射出孔を備えた射出部材を備えたことを特徴とする請求項 3記載の小型発電装置。

9. バルブの開放程度を制御することにより、流体通路へ流出させる流量を通常より少なくした節水モードと、流量を通常とする通常モードの少なくとも 2 モードを備えると共に、上記請求項 3記載の小型発電装置を上記流体通路へ配設したことを特徴とする水栓装置。

10. 前記節水モード時における流量を、 2. 0リットル/分〜 3. 0リットル Z 分としたことを特徴とする請求項 9記載の水栓装置。