(19)【発行国】日本国特許庁（ＪＰ）
(12)【公報種別】公開特許公報（Ａ）
(11)【公開番号】特開２００２−４４９２２（Ｐ２００２−４４９２２Ａ）
(43)【公開日】平成１４年２月８日（２００２．２．８）
(54)【発明の名称】小型発電装置及び水栓装置
(51)【国際特許分類第７版】
   H02K 21/14                 
   F03B  3/12                 
         3/16                 
   H02P  9/04
【ＦＩ】
   H02K 21/14        G        
   F03B  3/12                 
         3/16                 
   H02P  9/04        A
【審査請求】未請求
【請求項の数】７
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】１０
(21)【出願番号】特願２００１−１４６７２６（Ｐ２００１−１４６７２６）
(22)【出願日】平成１３年５月１６日（２００１．５．１６）
(31)【優先権主張番号】特願２０００−１４４５４６（Ｐ２０００−１４４５４６）
(32)【優先日】平成１２年５月１７日（２０００．５．１７）
(33)【優先権主張国】日本（ＪＰ）
(71)【出願人】
【識別番号】０００００２２３３
【氏名又は名称】株式会社三協精機製作所
【住所又は居所】長野県諏訪郡下諏訪町５３２９番地
(71)【出願人】
【識別番号】００００１００８７
【氏名又は名称】東陶機器株式会社
【住所又は居所】福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号
(72)【発明者】
【氏名】弓田 行宣
【住所又は居所】長野県諏訪郡下諏訪町５３２９番地 株式会社三協精機製作所内
(74)【代理人】
【識別番号】１０００８７８５９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 秀治
【テーマコード（参考）】
3H072
5H590
5H621
【Ｆターム（参考）】
3H072 AA03 AA27 BB08 CC12 CC42 CC71 
5H590 AA03 CA11 CC02 CC18 CD01 CE05 DD06 FA05 HA14 
5H621 GA01 GA15 GB03 HH01 JK02 JK08 JK10 JK13


(57)【要約】
【課題】 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。
【解決手段】 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３を備えると共に、この水車３に連結され水車３と共に回転する回転体４を、複数層６ａ，６ｂからなるステータ部６を備えたステッピングモータのステータ部６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６に対して相対回転させることにより電力を発生させる。


【特許請求の範囲】
【請求項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ータ部を備えたステッピングモータの上記ステータ部に対向配置されたロータ部とし、このロータ部を上記流体の通過に伴って上記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ることを特徴とする小型発電装置。
【請求項２】 前記ステ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。
【請求項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ー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ることを特徴とする小型発電装置。
【請求項４】 前記ロータ部に着磁された極数と前記ステータ部のコイル部数との関係を、２−３、４−３もしくは４−６に設定したことを特徴とする請求項３記載の小型発電装置。
【請求項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から４のいずれか１項記載の小型発電装置。
【請求項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から５のいずれか１項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】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。
【０００２】
【従来の技術】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ーが感知し、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）。
【０００３】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、このステー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りロータマグネットがステ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、上記ステ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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】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、ロータとステー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い。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。
【０００５】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／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。水車をスムーズに回転させるには、流量を３リットル／分より大きくする必要がある。
【０００６】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い。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。
【０００７】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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】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ッ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部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。
【０００９】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。
【００１０】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テータ部を備えた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、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。
【００１１】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ー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、ステータ部とロータ部間のディテントトルクをさらに低減することが可能となる。
【００１２】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、これによっ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。
【００１３】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１から５のいずれか１項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１から５のいずれか１項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。
【００１４】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／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ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】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。
【００１６】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。
【００１７】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カップ状部材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。
【００１８】図１及び図２に示すように、ケーシング１は、本体部１１と、この本体部１１の外側に突出している流入路１２と流出路１３とを備えている。本体部１１は、上述の回転体４及びステータ部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１１ａを備えている。発電部取付部１１ａは、本体部１１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１１ｂが形成されている。そして、溝１１ｂ内には、Ｏリング８が埋め込まれている。
【００１９】さらに、このＯリング８を溝１１ｂ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１１に形成された凸部１１ｄ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１１ａ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１１ａには、Ｏリング８を溝１１ｂ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１１ｄの内周部に当接させることにより、カップ状部材５はステータ部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１０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１１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１１ａは、カップ状部材５によって閉じられることとなる。
【００２０】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１５が嵌め込まれている。このカップ状部材５は、ケーシング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、ケーシング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。
【００２１】なお、このケーシング１に形成された流入路１２、流出路１３及びこれらを連結する連結路１４は、蛇口やバルブ等から構成される水栓装置（図７および図８参照）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１２へ入り込んできた流体が連結路１４を通過して流出路１３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っている。この部位における詳細な説明は後述する。連結路１４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、一端がケーシング１の連結路１４内に形成された軸受け用の穴１４ａ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１５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。
【００２２】そして、ケーシング１の連結路１４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１２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１８０度対称位置に設けられている。
【００２３】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に挿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１２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に勢い良くぶつかり、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１４から流出路１３へ移動する。
【００２４】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。
【００２５】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テータ部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、ステータ部６に対して相対回転するようになっている。
【００２６】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６１ａ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、コイルボビンに巻回されたコイル６３とを備えている。コイル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。
【００２７】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、このステータ部６の各極歯６１ａ，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。
【００２８】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１２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り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。
【００２９】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が、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。
【００３０】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が、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。
【００３１】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テータ部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／分で流入路１２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。
【００３２】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／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から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あるが、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。
【００３３】一方、実使用面において、２．０リットル／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リットル／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。
【００３４】なお、ステータ部６を１層構造とし、他の部分の構成を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／分を超える流量でないと水車３が回転しない。
【００３５】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。
【００３６】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１０５と、このカップ状部材１０５のさらに外側に配置されたブラシレスモータのステータ部１０６とを備えている。
【００３７】ケーシング１の本体部１１１は、上述の回転体４及びステータ部１０６で構成される発電部を取り付けるための発電部取付部１１１ａを備えている。発電部取付部１１１ａは、本体部１１１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１１１ｃ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１１１ｂが形成されている。そして、溝１１１ｂ内には、Ｏリング８が埋め込まれている。
【００３８】さらに、このＯリング８を溝１１１ｂ内に封入するように、上述のカップ状部材１０５の最外周部分に形成された鍔部１５２が押し当てられ、この鍔部１５２の外周端部を本体部１１１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１１１ａ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１１１ａには、Ｏリング８を溝１１１ｂ内で押しつぶしながらカップ状部材１０５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１０をはめ込んでネジ締めすることにより、皿状部材９０はケーシング１の本体部１１１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１１１ａは、カップ状部材１０５によって閉じられることとなる。
【００３９】カップ状部材１０５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１５２と、鍔部１５２に連続する外側筒状部１５５と、この外側筒状部１５５の内側に配置された内側筒状部１５１と、両筒状部１５１，１５５を連結する連結面部１５６と、底部１５３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１０５は、上述した発電部取付部１１１ａの凹部１１１ｃ内にはめ込まれ、上述したようにケーシング１と皿状部材９０とに挟まれて固定される。底部１５３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１５が嵌め込まれている。このカップ状部材１０５は、ケーシング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１０６を隔離すると共に、ケーシング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。
【００４０】そして、ケーシング１の連結路１４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。
【００４１】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１０５の内側筒状部１５１を通してブラシレスモータのステータ部１０６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１０６に対して相対回転するようになっている。
【００４２】ステータ部１０６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１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃで構成されている。各コイル部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、それぞれステータコア１６１と、このステータコア１６１に巻回されたコイル１６３とを備えている。コイル１６３の巻き始め部分及び巻き終わり部分は、それぞれ端子１６４に接続されている。
【００４３】このように構成されたステータ部１０６は、カップ状部材１０５の内側筒状部１５１と外側筒状部１５５との間の部位にはめ込まれている。このため、このステータ部１０６の極となる各ヨーク部材１６１の内側対向面１６１ａ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１６３に誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、端子１６４から取り出される。
【００４４】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。
【００４５】なお、ステータ部１０６は、上述したように３つのコイル部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃから構成され３極を有するものとなっている。一方、このステータ部１０６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１０６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１０６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い。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１０６間のディテントトルクが、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。
【００４６】なお、回転体（ロータ部）４に着磁された極数とステータ部１０６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でなく、たとえば４−３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／分で流入路１２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。
【００４７】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／分を超える流量でないと水車３がスムーズに回転しない。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。
【００４８】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／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。
【００４９】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／分としても良い。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。
【００５０】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／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。
【００５１】次に、上述した本発明の小型発電装置の使用例の一つとなる水栓装置への使用例について説明する。
【００５２】図７および図８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および図８において、水栓装置１０００は、その先端に吐出口と人体センサー１００１が設けられている。水栓装置１０００内には、流体通路１００４の開閉を行う電磁弁１００３と、上述した第１もしくは第２の実施の形態として説明した（図１もしくは図５参照）小型発電装置（ここでは、符号１００５とする）と、電磁弁１００３の開閉を制御し、また、上記小型発電装置１００５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ー１００２とが備えられている。
【００５３】次に水栓装置１０００の動作を説明する。
【００５４】人体の手を人体検出センサー１００１により検出すると、人体検出センサー１００１から信号がコントローラー１００２に出力される。コントローラー１００２は、電磁弁１００３に開信号を出力し、これによって電磁弁１００３が開いて吐水する。水は、水栓装置１０００内の流体通路１００４内を流れ、小型発電装置１００５に到達する。小型発電装置１００５内では、上述した第１および第２の実施の形態で説明したように、流入路に入り込んできた水をノズル等により水圧を高くして水車の羽根部分に当てて、水の力によって回転体に回転力を与え、これによって誘起電圧が発生する。
【００５５】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、コントローラー１００２に通電される。
【００５６】一方、人体の手を検出しなくなると、人体検出センサー１００１がそれを検知し、その信号をコントローラー１００２に出力する。これによって、電磁弁１００３が閉じられる。
【００５７】なお、水栓装置１０００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、所定時間だけ水を流した後、自動的に水を止めるように構成しても良い。
【００５８】
【発明の効果】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ータ部を備えたステッ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ている。そのため、各層がステ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。
【００５９】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ータのステータ部に対向配置されたロータ部としている。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。
【００６０】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り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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】図２を矢示ＩＩＩ方向から見た底面図である。
【図４】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】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】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】本発明の小型発電装置を用いた水栓装置の一例を示した正面断面図である。
【図８】図７に示した水栓装置を側方から示した側方断面図である。
【符号の説明】
２ ノズルリング（射出部材）
３ 水車
４ 回転体（ロータ部）
６ ステータ部
６ａ，６ｂ 層
２３ ノズル（射出孔）
３１ 羽根部分
１０６ ステータ部
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ コイル部
【図１】


【図２】


【図３】


【図４】


【図５】


【図６】


【図７】


【図８】