発電式水栓の電源回路
【課題】発電機で発電した電力を、より有効的に利用することのできる発電式水栓の電源回路を提供すること。
【解決手段】給水管を流れる水の流れによって発電する発電機６０と、発電機６０で発電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路で整流した電流を蓄電するリチウムイオンキャパシタ７５と、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部４０と、を備える発電式水栓の電源回路１において、整流回路は、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とを有するダイオードブリッジ１０により構成されており、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類のダイオードになっている。
【解決手段】給水管を流れる水の流れによって発電する発電機６０と、発電機６０で発電した交流電流を整流する整流回路と、整流回路で整流した電流を蓄電するリチウムイオンキャパシタ７５と、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部４０と、を備える発電式水栓の電源回路１において、整流回路は、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とを有するダイオードブリッジ１０により構成されており、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類のダイオードになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電式水栓の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の給水装置では、水栓の吐水口の付近に差し出された手を、吐水口の近傍に設けられるセンサによって検知し、吐水口から自動吐水する自動水栓が増えている。また、このような自動水栓として、吐水経路に水流によって水車を回転させて発電を行う発電機と、発電機で発電した電力を蓄電するコンデンサと、を有し、コンデンサで蓄電した電力を用いて電磁弁を作動させているものがある。例えば、特許文献１に記載の給水装置における給電装置では、４つの整流ダイオードによってダイオードブリッジを構成することにより、発電機から電磁弁までの電気回路内に全波整流回路を設けている。これにより、発電機からの交流出力を全波整流回路によって直流に変換した上でコンデンサに給電して蓄電し、このコンデンサを電源として電磁弁を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、整流を行う際に一般的に用いる整流ダイオードは、整流ダイオードにおける電力を流すことができる方向である順方向での電圧降下が大きくなっている。このため、自動水栓で用いる水車発電機等、小電力しか発電できない発電機で発電した電流を整流する場合、発電した電力に対する整流ダイオードでの電力損失の割合が大きくなっている。
【０００５】
一方、整流に用いるダイオードとして、一般的に用いる整流ダイオードの他に、ショットキーバリアダイオードがある。このショットキーバリアダイオードは、順方向電圧降下が小さいため、整流を行うことを目的としてショットキーバリアダイオードを用いた場合は、意図した方向に電流を流す場合における電力損失を小さくすることができる。
【０００６】
しかし、ショットキーバリアダイオードは、逆方向への電流の漏れが大きくなっている。このため、発電機で発電した電流をコンデンサ等に蓄電した場合、漏洩量が多くなる。このように、ダイオードを用いて整流を行う場合、発電機で発電した電力を有効利用するのは、大変困難なものとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電機で発電した電力を、より有効的に利用することのできる発電式水栓の電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発電式水栓の電源回路は、給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機と、前記発電機で発電した交流電流を整流する整流回路と、前記整流回路で整流した電流を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部と、を備える発電式水栓の電源回路において、前記整流回路は、２つの整流ダイオードと２つのショットキーバリアダイオードとを有するダイオードブリッジにより構成されており、前記ダイオードブリッジは、前記蓄電手段の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類の前記ダイオードになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発電式水栓の電源回路は、発電機で発電した電力を、より有効的に利用することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る発電式水栓の電源回路の構成例を示す摸式図である。
【図２】図２は、図１に示すダイオードブリッジの説明図である。
【図３】図３は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図である。
【図４】図４は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図であり、発電機で発電する電流の方向が図３に示す方向と反対方向の場合の説明図である。
【図５】図５は、図２に示すダイオードの非発電時の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る発電式水栓の電源回路の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１２】
〔実施形態〕
図１は、実施形態に係る発電式水栓の電源回路の構成例を示す摸式図である。同図に示す電源回路１は、水栓の吐水口の付近に差し出された手を、吐水口の近傍に設けられる検出センサ４４によって検知し、吐水口から自動吐水する自動水栓の電源回路１として構成されている。また、この自動水栓は、給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機６０によって発電した電力で、電磁弁である吐止水弁８５を駆動することにより吐水や止水を切り替える発電式水栓になっており、本実施形態に係る電源回路１は、この発電式水栓の電源回路１として設けられている。即ち、発電機６０は、吐水口から吐水する水が流れる給水管内に、水の流れによって回転する水車を有しており、この水の流れによって水車が回転することにより、発電機６０は発電可能になっている。
【００１３】
また、この電源回路１は、発電機６０で発電した電力を蓄電する蓄電手段を有しており、蓄電手段にはリチウムイオンキャパシタ７５が用いられている。吐止水弁８５は、このリチウムイオンキャパシタ７５で蓄電した電力によって駆動する。さらに、電源回路１には、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電量が低下した場合における補助的な電源として補助電池８０が接続されており、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電量の低下時は、吐止水弁８５は、補助電池８０からの電力によって駆動する。
【００１４】
これらの発電機６０、リチウムイオンキャパシタ７５、補助電池８０、吐止水弁８５は、それぞれ着脱可能なコネクタによって電気回路に接続されている。即ち、発電機６０は、発電機用コネクタ６１によって回路に対して着脱可能に配設されており、リチウムイオンキャパシタ７５は、蓄電素子用コネクタ７６によって着脱可能に配設されており、補助電池８０は、補助電池用コネクタ８２によって着脱可能に配設されており、吐止水弁８５は、吐止水弁用コネクタ８６によって着脱可能に配設されている。発電機６０、リチウムイオンキャパシタ７５、補助電池８０、吐止水弁８５は、これらのようにそれぞれコネクタによって回路に接続されることにより、本実施形態に係る電源回路１の一部として設けられている。
【００１５】
また、電源回路１は、発電機６０で発電した電流を整流する整流回路であるダイオードブリッジ１０を有している。つまり、発電機６０は交流電流を発電するのに対し、リチウムイオンキャパシタ７５は、直流電流を蓄電したり放電したりする。また、吐止水弁８５等の各部も、直流電流によって作動する。これらのため、電源回路１には、発電機６０で発電した交流電流を整流して直流にする整流回路としてダイオードブリッジ１０が設けられている。このダイオードブリッジ１０は、電流を整流させる際に一般的に用いられる半導体ダイオードである整流ダイオード１２と、金属と半導体とのショットキー接合の整流作用を利用するショットキーバリアダイオード１４とを、それぞれ２つずつ用いることにより構成されている。
【００１６】
図２は、図１に示すダイオードブリッジの説明図である。ダイオードブリッジ１０は、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とにより構成されているが、その組み合わせの形態について説明すると、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類のダイオードになっている。つまり、ダイオードブリッジ１０は、４つのダイオードのうち、一方の種類の２つのダイオードがリチウムイオンキャパシタ７５の＋（プラス）側に接続され、もう一方の種類の２つのダイオードがリチウムイオンキャパシタ７５の−（マイナス）側に接続されている。
【００１７】
例えば、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続される２つのダイオードが整流ダイオード１２になっており、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続される２つのダイオードがショットキーバリアダイオード１４になっている。発電機６０は、これらのように設けられる２箇所の整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４との間に接続されている。また、これらのダイオードの向きは、整流ダイオード１２は、発電機６０側の電流をリチウムイオンキャパシタ７５の＋側の方向にのみ流すことができる向きになっており、ショットキーバリアダイオード１４は、リチウムイオンキャパシタ７５の−側からの電流を発電機６０の方向にのみ流すことができる向きになっている。
【００１８】
また、リチウムイオンキャパシタ７５は、使用電圧が所定の範囲内になる蓄電状態で使用する必要がある。このため、電源回路１は、使用電圧がリチウムイオンキャパシタ７５の使用可能電圧の上限値であるか否かを判定する上限側電圧判定部２０と、下限値であるか否かを判定する下限側電圧判定部２５と、を有している。
【００１９】
これらの上限側電圧判定部２０と下限側電圧判定部２５とは、共に所定の電圧時に信号を切り替えるボルテージディテクタによって設けられている。詳しくは、リチウムイオンキャパシタ７５は、使用電圧が概ね２．２Ｖ〜３．８Ｖの範囲内になる蓄電状態で使用する必要がある。このため、本実施形態に係る電源回路１では安全性を考慮して電圧の判定値を余裕を持って設定し、上限側電圧判定部２０は３．５Ｖで出力信号が切り替わるものが使用され、下限側電圧判定部２５は２．５Ｖで出力信号が切り替わるものが使用されている。
【００２０】
また、これらの上限側電圧判定部２０と下限側電圧判定部２５とには、これらの判定部からの信号に基づいて、回路中の電流の流れを実際に切り替える切替部が接続されている。即ち、上限側電圧判定部２０には、上限側電圧判定部２０からの信号に基づいて電流の流れを切り替える上限側切替部２１が接続されており、下限側電圧判定部２５には、下限側電圧判定部２５からの信号に基づいて電流の流れを切り替える下限側切替部２６が接続されている。これらの上限側切替部２１と下限側切替部２６とは、共にｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって設けられており、上限側切替部２１と下限側切替部２６とにおけるゲート電極が、上限側電圧判定部２０や下限側電圧判定部２５に接続されている。
【００２１】
また、下限側切替部２６には、リチウムイオンキャパシタ７５と、当該リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部４０との接続と遮断とを切替える切替手段としてｐ型のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）３０が接続されている。このＦＥＴ３０は、ソース電極側がリチウムイオンキャパシタ７５側に接続され、ドレイン電極側が整流ダイオード１２のカソード側に接続されており、下限側切替部２６は、ＦＥＴ３０のゲート電極側に接続されている。
【００２２】
また、下限側電圧判定部２５の出力は、下限側切替部２６の他に電源切替伝達部２８に接続されている。この電源切替伝達部２８は、下限側切替部２６と同様にｎ型のＭＯＳＦＥＴによって設けられており、下限側電圧判定部２５は、電源切替伝達部２８のゲート電極に接続されている。また、電源切替伝達部２８のドレイン電極は制御部４０に接続されており、これにより、制御部４０は、下限側電圧判定部２５の信号の状態を、電源切替伝達部２８を介して検出可能になっている。
【００２３】
また、制御部４０は、電子制御装置として構成されており、ハード構成は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有する処理部や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部等を備えた公知の構成であるため、説明は省略する。
【００２４】
この制御部４０は、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電した電圧を調整する電圧調整回路である制御部用昇圧コンバータ５０から供給される電力によって駆動する。また、吐止水弁８５は、制御部用昇圧コンバータ５０とは異なる電圧調整回路である電磁弁用昇圧コンバータ５２から供給される電力によって駆動可能になっている。即ち、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、制御部用昇圧コンバータ５０と同様に、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電した電圧を調整して吐止水弁８５に供給する。
【００２５】
これらの制御部用昇圧コンバータ５０と電磁弁用昇圧コンバータ５２とは、効率よく電圧を調整して電力を供給することができる電力の範囲が異なっており、制御部用昇圧コンバータ５０は、制御部４０で使用する電力の範囲で効率よく電圧を調整することができ、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、吐止水弁８５で使用する電力の範囲で効率よく電圧を調整することが可能になっている。具体的には、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、制御部用昇圧コンバータ５０よりも、大きな電力の範囲で、効率よく電圧を調整して吐止水弁８５に供給することが可能になっている。
【００２６】
また、電磁弁用昇圧コンバータ５２と吐止水弁８５との間には、吐止水弁８５の開閉を切り替える回路である吐止水弁制御回路５５が設けられている。この吐止水弁制御回路５５は、複数の開閉制御用トランジスタ５６と複数の開閉制御用ダイオード５７とにより構成されている。開閉制御用トランジスタ５６のベース電極には制御部４０が接続されており、制御部４０で複数の開閉制御用トランジスタ５６を制御することにより、電磁弁用昇圧コンバータ５２から吐止水弁８５に流れる電流の経路を切り替えることが可能になっている。これにより、吐止水弁８５の開閉を切り替えることが可能になっている。
【００２７】
なお、この吐止水弁８５は、ラッチ式の電磁弁になっている。このため、開方向、または閉方向の電流を吐止水弁８５に供給して吐止水弁８５を駆動させた場合、その後に吐止水弁８５に対する電流を遮断しても、吐止水弁８５は、開状態、または閉状態が維持される。
【００２８】
また、水栓の吐水口の付近に差し出された手を検出する検出センサ４４は、発光ダイオードからなるセンサ発光部４５と、フォトダイードからなるセンサ受光部４６とを有している。このうち、センサ発光部４５は、電磁弁用昇圧コンバータ５２で調整した電圧によって間欠的に発光し、吐水口付近を照射する。また、センサ受光部４６は、制御部４０に接続されており、吐水口付近に差し出された手に照射されたセンサ発光部４５からの光が、手で反射した際における反射光を受光することにより電流が流れる。制御部４０は、この電流を検知することにより、吐水口付近に手が差し出されたことを検知する。
【００２９】
この実施形態に係る発電式水栓の電源回路１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この電源回路１が備えられる自動水栓は、制御部４０によって制御されるが、制御部４０は、制御部用昇圧コンバータ５０で電圧が調整されたリチウムイオンキャパシタ７５からの電力によって駆動する。また、制御部４０には、常時電力が供給され、制御部４０は常時駆動している。また、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、センサ発光部４５の発光時、及び吐止水弁８５吐止水駆動時のみ、制御部４０からの信号により駆動される。
【００３０】
この状態で、自動水栓の使用者が手を吐水口の付近に差し出すと、センサ発光部４５からの光が手に当たり、光が手で反射する。このように手で反射した反射光をセンサ受光部４６で受光した場合、制御部４０は、手が差し出されていることを検出する。
【００３１】
手が差し出されていることを検出した制御部４０は、吐止水弁制御回路５５の開閉制御用トランジスタ５６に対して、吐止水弁８５を開く方向の制御信号を送信する。これにより、吐止水弁８５には、当該吐止水弁８５が開弁する方向の電流が流れる。この場合における電流は、電磁弁用昇圧コンバータ５２で電圧が調整されたリチウムイオンキャパシタ７５からの電力を使っており、吐止水弁８５の駆動に適した大電力を効率よく供給する。吐止水弁８５は、この電力によって駆動して開弁する。
【００３２】
なお、この吐止水弁８５への電力の供給は短時間のみ行われ、電力の供給開始後、吐止水弁８５を開弁することができる程度の時間が経過したら、電力の供給を停止する。ラッチ式電磁弁である吐止水弁８５は、このように電力の供給が停止しても、開弁状態を維持する。吐止水弁８５が開かれた場合、給水管内を流れる水の流れ方向における吐止水弁８５よりも下流側に水が流れ、この水が自動水栓の吐水口から吐水する。
【００３３】
このようにして、給水管内を水が流れる場合、発電機６０は、この水の流れによって水車が回転して発電する。発電機６０で発電した電流は交流であるため、リチウムイオンキャパシタ７５に供給する前に整流し、直流の状態でリチウムイオンキャパシタ７５に供給する。
【００３４】
図３は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図である。発電機６０で発電した電流は、そのとき＋の極性になっている側からダイオードブリッジ１０に流入し、接続されている整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４とのうち、電流の流れが順方向になる整流ダイオード１２ａの方向に流れる。
【００３５】
整流ダイオード１２ａに流れた電流は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に流れ、リチウムイオンキャパシタ７５の−側から再びダイオードブリッジ１０に流れる。リチウムイオンキャパシタ７５は、このように発電機６０で発電した電流が流れる際に、この電流を蓄電する。ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている２つのショットキーバリアダイオード１４のうち、発電機６０の−側に接続されているショットキーバリアダイオード１４ａに流れて、発電機６０に戻る。
【００３６】
図４は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図であり、発電機で発電する電流の方向が図３に示す方向と反対方向の場合の説明図である。交流電流を発電する発電機６０からの電流の極性が反対方向になった場合も同様に、発電機６０で発電した電流は、＋の極性になっている側からダイオードブリッジ１０に対して流れる。即ち、極性が変化する前とは異なる導線を伝わって、発電機６０からダイオードブリッジ１０に対して電流が流れる。
【００３７】
ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている整流ダイオード１２であり、極性が変化する前に電流が流れた整流ダイオード１２ａとは異なる整流ダイオード１２ｂを流れる。整流ダイオード１２ｂに流れた電流は、リチウムイオンキャパシタ７５によって蓄電されながらリチウムイオンキャパシタ７５を通って、再びダイオードブリッジ１０に流れる。
【００３８】
ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている２つのショットキーバリアダイオード１４のうち、発電機６０の−側に接続されているショットキーバリアダイオード１４であり、極性が変化する前のショットキーバリアダイオード１４ａとは異なるショットキーバリアダイオード１４ｂに流れて、発電機６０に戻る。
【００３９】
発電機６０で発電した交流電流は、このようにダイオードブリッジ１０で整流され、直流の状態でリチウムイオンキャパシタ７５に流されてリチウムイオンキャパシタ７５で蓄電するが、発電機６０からの電流をダイオードブリッジ１０で整流する場合、整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４とを１つずつ通過する。このうち、ショットキーバリアダイオード１４は、整流ダイオード１２と比較して順方向電圧降下が小さいため、発電機６０で発電した電力は、２つの整流ダイオード１２を通過する場合と比較して電力損失が小さい状態でリチウムイオンキャパシタ７５に供給され、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電する。
【００４０】
図５は、図２に示すダイオードブリッジの非発電時の状態を等価的に示す説明図であり、発電機の抵抗リアクタンスを省略している説明図である。ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続される２つのダイオードが整流ダイオード１２になり、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続される２つのダイオードがショットキーバリアダイオード１４になっている。このため、リチウムイオンキャパシタ７５からの電流がダイオードブリッジ１０を流れる場合、電流の方向に関わらず、この電流は必ず整流ダイオード１２を通ることになる。つまり、ショットキーバリアダイオード１４は、逆方向への電流の漏れが、整流ダイオード１２での逆方向への電流の漏れと比較して大きくなっているが、ダイオードブリッジ１０に流れる電流は必ず整流ダイオード１２を通ることにより、逆方向への電流の漏れは整流ダイオード１２により抑えられる。
【００４１】
このように、自動水栓の吐水時に、給水管内を流れる水の流れによって発電機６０で発電した電流を、ダイオードブリッジ１０で整流した後、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電する。
【００４２】
また、吐水口から吐水している状態で、センサ受光部４６が反射光を受光しなくなることにより、吐水口に差し出されていた手が移動したことを制御部４０で検出した場合には、制御部４０は、開閉制御用トランジスタ５６に対して、吐止水弁８５を閉じる方向の制御信号を送信する。これにより、吐止水弁８５には、電磁弁用昇圧コンバータ５２から、当該吐止水弁８５が閉弁する方向の電流が流れる。吐止水弁８５は、この電流により駆動して閉弁し、吐水口からの水は止水する。吐止水弁８５を閉弁したら、吐止水弁８５への電流の供給を停止する。この閉弁時も開弁時と同様に、吐止水弁８５は、電流の供給が停止しても閉弁状態を維持する。
【００４３】
また、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧は、上限側電圧判定部２０により、その電圧が上限値を上回るか否かを判定され、下限側電圧判定部２５により、この電圧が下限値を下回るか否かを判定される。
【００４４】
まず、上限側電圧判定部２０は、検出した電圧が３．５Ｖを超えるとＨｉの信号を出力し、３．５Ｖ以下になるとＬｏの信号を出力する。この出力信号は、上限側切替部２１に伝達される。上限側切替部２１は、この上限側電圧判定部２０からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。上限側切替部２１は、ＯＮの場合は、発電機６０で発電した電流をグランドに逃がす経路を接続する。このため、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧が３．５Ｖを超えた場合には、発電機６０で発電した電流はグランドに流れ、リチウムイオンキャパシタ７５には流れなくなるので、リチウムイオンキャパシタ７５は、それ以上蓄電されなくなる。
【００４５】
一方、下限側電圧判定部２５は、検出した電圧が２．５Ｖを超えるとＨｉの信号を出力し、２．５Ｖ以下になるとＬｏの信号を出力する。この出力信号は、下限側切替部２６に伝達される。下限側切替部２６は、この下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。また、下限側切替部２６は、ＯＮの場合は、ＦＥＴ３０のゲート電極をグランドと接続することにより、ゲート電極の電圧を低下させる。
【００４６】
このＦＥＴ３０は、ソース電極の電圧に比べてゲート電極の電圧が十分下がると、ソース電極とドレイン電極との間がＯＮになる。このため、下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉになることにより下限側切替部２６がＯＮになった場合は、ＦＥＴ３０はＯＮになる。このようにＦＥＴ３０がＯＮになると、ソース電極のリチウムイオンキャパシタ７５とドレイン電極側の昇圧コンバータ５０、５２とが接続され、リチウムイオンキャパシタ７５の電流が回路に供給されることになる。
【００４７】
これに対し、下限側切替部２６がＯＦＦの場合は、ＦＥＴ３０は、ソース電極とゲート電極とで電位差が無くなるので、ソース電極とドレイン電極との間はＯＦＦになる。このため、下限側電圧判定部２５からの信号がＬｏになることにより下限側切替部２６がＯＦＦになった場合は、ＦＥＴ３０はＯＦＦになる。このようにＦＥＴ３０がＯＦＦになると、ソース電極のリチウムイオンキャパシタ７５とドレイン電極側の昇圧コンバータ５０、５２とは切り離され、リチウムイオンキャパシタ７５は回路に対して切り離される。この場合、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電されている電流は、回路側には供給されなくなる。これらにより、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧を所定範囲内に収め、リチウムイオンキャパシタ７５の過充電と過放電を抑制する。
【００４８】
また、下限側電圧判定部２５からの信号は、電源切替伝達部２８にも伝達される。この電源切替伝達部２８も下限側切替部２６と同様に、下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。また、下限側切替部２６のドレイン電極は制御部４０に接続され、ソース電極はグランドに接続されているため、制御部４０は、下限側切替部２６との間の電位差によって、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電不足を検出することができる。
【００４９】
以上の実施形態に係る発電式水栓の電源回路１は、ダイオードブリッジ１０を、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４により構成し、さらに、この４つのダイオードのうち、同じ種類の２つのダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続し、他方の種類の２つのダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続している。これにより、発電機６０で発電した電流をダイオードブリッジ１０で整流する場合には、必ずショットキーバリアダイオード１４を通すことができるため、電力の損失が小さい状態でリチウムイオンキャパシタ７５によって蓄電することができる。
【００５０】
また、ダイオードブリッジ１０が有する２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とのリチウムイオンキャパシタ７５に対する接続を、上記のようにすることにより、リチウムイオンキャパシタ７５からダイオードブリッジ１０を流れる電流を、電流の方向に関わらず整流ダイオード１２を通すことができる。これにより、ショットキーバリアダイオード１４の逆方向の電流の漏れに起因する電流の漏洩を抑えることができる。これらの結果、発電機６０で発電した電力を、より有効的に利用することができる。
【００５１】
また、リチウムイオンキャパシタ７５は、直列等価抵抗、漏れ電流共に低いため、蓄放電時の電気消費量が小さく、出力の変動も小さいので、過電圧防止回路への影響を低減できる。また、リチウムイオンキャパシタ７５は、大電流供給も可能なので、出力側の大容量ケミコンの削減や省略を可能にすることができる。この結果、発電機６０で発電した電力を、より有効的に利用することができる。
【００５２】
なお、上述した電源回路１では、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に２つの整流ダイオード１２を接続するようにし、−側に２つのショットキーバリアダイオード１４を接続するように構成しているが、これらの接続は反対でもよい。即ち、２つのショットキーバリアダイオード１４を、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続するようにし、２つの整流ダイオード１２を、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続するようにしてもよい。ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の極性に関わらず、同じ種類のダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の同じ極性側に接続するように構成すれば、接続するダイオードの種類とリチウムイオンキャパシタ７５の極性との関係は問わない。
【００５３】
また、上述した電源回路１では、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧の低下時は、制御部４０側との接続を遮断しているのみであるが、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧が低下した場合には、使用者に異常を報知するようにしてもよい。これにより、異常時には早急な修理依頼が可能になり、補助電池８０の無駄な消費を抑えることができる。
【００５４】
また、上述した電源回路１では、蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタ７５を用いているが、蓄電手段はこれ以外でもよく、例えば、ＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）を用いてもよい。蓄電手段の形態に関わらず、ダイオードブリッジ１０を上述した構成にすることにより、発電機６０で発電した電力を有効的に利用することができる。
【００５５】
また、上述した電源回路１は、手を差し出したことを検知することにより自動的に吐水する自動水栓用の電源回路１であり、洗面台等で用いられる水栓を想定して説明しているが、電源回路１によって吐水の制御を行う発電式水栓は、これ以外のものでもよい。発電式水栓は、例えば、検出センサ４４で人を検知して自動的に洗浄を行う小便器であってもよい。電源回路１で制御する発電式水栓は、検出対象物を検出センサ４４で検出し、検出対象物の状態に応じて給水管を流れる水の吐水や止水を切り替えるものであれば、その用途は問わない。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電源回路
１０ ダイオードブリッジ（整流回路）
１２ 整流ダイオード
１４ ショットキーバリアダイオード
２０ 上限側電圧判定部
２１ 上限側切替部
２５ 下限側電圧判定部
２６ 下限側切替部
２８ 電源切替伝達部
３０ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
４０ 制御部
４４ 検出センサ
５０ 制御部用昇圧コンバータ
５２ 電磁弁用昇圧コンバータ
５５ 吐止水弁制御回路
６０ 発電機
７５ リチウムイオンキャパシタ（蓄電手段）
８０ 補助電池
８５ 吐止水弁（電磁弁）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電式水栓の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の給水装置では、水栓の吐水口の付近に差し出された手を、吐水口の近傍に設けられるセンサによって検知し、吐水口から自動吐水する自動水栓が増えている。また、このような自動水栓として、吐水経路に水流によって水車を回転させて発電を行う発電機と、発電機で発電した電力を蓄電するコンデンサと、を有し、コンデンサで蓄電した電力を用いて電磁弁を作動させているものがある。例えば、特許文献１に記載の給水装置における給電装置では、４つの整流ダイオードによってダイオードブリッジを構成することにより、発電機から電磁弁までの電気回路内に全波整流回路を設けている。これにより、発電機からの交流出力を全波整流回路によって直流に変換した上でコンデンサに給電して蓄電し、このコンデンサを電源として電磁弁を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、整流を行う際に一般的に用いる整流ダイオードは、整流ダイオードにおける電力を流すことができる方向である順方向での電圧降下が大きくなっている。このため、自動水栓で用いる水車発電機等、小電力しか発電できない発電機で発電した電流を整流する場合、発電した電力に対する整流ダイオードでの電力損失の割合が大きくなっている。
【０００５】
一方、整流に用いるダイオードとして、一般的に用いる整流ダイオードの他に、ショットキーバリアダイオードがある。このショットキーバリアダイオードは、順方向電圧降下が小さいため、整流を行うことを目的としてショットキーバリアダイオードを用いた場合は、意図した方向に電流を流す場合における電力損失を小さくすることができる。
【０００６】
しかし、ショットキーバリアダイオードは、逆方向への電流の漏れが大きくなっている。このため、発電機で発電した電流をコンデンサ等に蓄電した場合、漏洩量が多くなる。このように、ダイオードを用いて整流を行う場合、発電機で発電した電力を有効利用するのは、大変困難なものとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電機で発電した電力を、より有効的に利用することのできる発電式水栓の電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発電式水栓の電源回路は、給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機と、前記発電機で発電した交流電流を整流する整流回路と、前記整流回路で整流した電流を蓄電する蓄電手段と、前記蓄電手段で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部と、を備える発電式水栓の電源回路において、前記整流回路は、２つの整流ダイオードと２つのショットキーバリアダイオードとを有するダイオードブリッジにより構成されており、前記ダイオードブリッジは、前記蓄電手段の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類の前記ダイオードになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発電式水栓の電源回路は、発電機で発電した電力を、より有効的に利用することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る発電式水栓の電源回路の構成例を示す摸式図である。
【図２】図２は、図１に示すダイオードブリッジの説明図である。
【図３】図３は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図である。
【図４】図４は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図であり、発電機で発電する電流の方向が図３に示す方向と反対方向の場合の説明図である。
【図５】図５は、図２に示すダイオードの非発電時の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る発電式水栓の電源回路の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１２】
〔実施形態〕
図１は、実施形態に係る発電式水栓の電源回路の構成例を示す摸式図である。同図に示す電源回路１は、水栓の吐水口の付近に差し出された手を、吐水口の近傍に設けられる検出センサ４４によって検知し、吐水口から自動吐水する自動水栓の電源回路１として構成されている。また、この自動水栓は、給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機６０によって発電した電力で、電磁弁である吐止水弁８５を駆動することにより吐水や止水を切り替える発電式水栓になっており、本実施形態に係る電源回路１は、この発電式水栓の電源回路１として設けられている。即ち、発電機６０は、吐水口から吐水する水が流れる給水管内に、水の流れによって回転する水車を有しており、この水の流れによって水車が回転することにより、発電機６０は発電可能になっている。
【００１３】
また、この電源回路１は、発電機６０で発電した電力を蓄電する蓄電手段を有しており、蓄電手段にはリチウムイオンキャパシタ７５が用いられている。吐止水弁８５は、このリチウムイオンキャパシタ７５で蓄電した電力によって駆動する。さらに、電源回路１には、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電量が低下した場合における補助的な電源として補助電池８０が接続されており、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電量の低下時は、吐止水弁８５は、補助電池８０からの電力によって駆動する。
【００１４】
これらの発電機６０、リチウムイオンキャパシタ７５、補助電池８０、吐止水弁８５は、それぞれ着脱可能なコネクタによって電気回路に接続されている。即ち、発電機６０は、発電機用コネクタ６１によって回路に対して着脱可能に配設されており、リチウムイオンキャパシタ７５は、蓄電素子用コネクタ７６によって着脱可能に配設されており、補助電池８０は、補助電池用コネクタ８２によって着脱可能に配設されており、吐止水弁８５は、吐止水弁用コネクタ８６によって着脱可能に配設されている。発電機６０、リチウムイオンキャパシタ７５、補助電池８０、吐止水弁８５は、これらのようにそれぞれコネクタによって回路に接続されることにより、本実施形態に係る電源回路１の一部として設けられている。
【００１５】
また、電源回路１は、発電機６０で発電した電流を整流する整流回路であるダイオードブリッジ１０を有している。つまり、発電機６０は交流電流を発電するのに対し、リチウムイオンキャパシタ７５は、直流電流を蓄電したり放電したりする。また、吐止水弁８５等の各部も、直流電流によって作動する。これらのため、電源回路１には、発電機６０で発電した交流電流を整流して直流にする整流回路としてダイオードブリッジ１０が設けられている。このダイオードブリッジ１０は、電流を整流させる際に一般的に用いられる半導体ダイオードである整流ダイオード１２と、金属と半導体とのショットキー接合の整流作用を利用するショットキーバリアダイオード１４とを、それぞれ２つずつ用いることにより構成されている。
【００１６】
図２は、図１に示すダイオードブリッジの説明図である。ダイオードブリッジ１０は、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とにより構成されているが、その組み合わせの形態について説明すると、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類のダイオードになっている。つまり、ダイオードブリッジ１０は、４つのダイオードのうち、一方の種類の２つのダイオードがリチウムイオンキャパシタ７５の＋（プラス）側に接続され、もう一方の種類の２つのダイオードがリチウムイオンキャパシタ７５の−（マイナス）側に接続されている。
【００１７】
例えば、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続される２つのダイオードが整流ダイオード１２になっており、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続される２つのダイオードがショットキーバリアダイオード１４になっている。発電機６０は、これらのように設けられる２箇所の整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４との間に接続されている。また、これらのダイオードの向きは、整流ダイオード１２は、発電機６０側の電流をリチウムイオンキャパシタ７５の＋側の方向にのみ流すことができる向きになっており、ショットキーバリアダイオード１４は、リチウムイオンキャパシタ７５の−側からの電流を発電機６０の方向にのみ流すことができる向きになっている。
【００１８】
また、リチウムイオンキャパシタ７５は、使用電圧が所定の範囲内になる蓄電状態で使用する必要がある。このため、電源回路１は、使用電圧がリチウムイオンキャパシタ７５の使用可能電圧の上限値であるか否かを判定する上限側電圧判定部２０と、下限値であるか否かを判定する下限側電圧判定部２５と、を有している。
【００１９】
これらの上限側電圧判定部２０と下限側電圧判定部２５とは、共に所定の電圧時に信号を切り替えるボルテージディテクタによって設けられている。詳しくは、リチウムイオンキャパシタ７５は、使用電圧が概ね２．２Ｖ〜３．８Ｖの範囲内になる蓄電状態で使用する必要がある。このため、本実施形態に係る電源回路１では安全性を考慮して電圧の判定値を余裕を持って設定し、上限側電圧判定部２０は３．５Ｖで出力信号が切り替わるものが使用され、下限側電圧判定部２５は２．５Ｖで出力信号が切り替わるものが使用されている。
【００２０】
また、これらの上限側電圧判定部２０と下限側電圧判定部２５とには、これらの判定部からの信号に基づいて、回路中の電流の流れを実際に切り替える切替部が接続されている。即ち、上限側電圧判定部２０には、上限側電圧判定部２０からの信号に基づいて電流の流れを切り替える上限側切替部２１が接続されており、下限側電圧判定部２５には、下限側電圧判定部２５からの信号に基づいて電流の流れを切り替える下限側切替部２６が接続されている。これらの上限側切替部２１と下限側切替部２６とは、共にｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって設けられており、上限側切替部２１と下限側切替部２６とにおけるゲート電極が、上限側電圧判定部２０や下限側電圧判定部２５に接続されている。
【００２１】
また、下限側切替部２６には、リチウムイオンキャパシタ７５と、当該リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部４０との接続と遮断とを切替える切替手段としてｐ型のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）３０が接続されている。このＦＥＴ３０は、ソース電極側がリチウムイオンキャパシタ７５側に接続され、ドレイン電極側が整流ダイオード１２のカソード側に接続されており、下限側切替部２６は、ＦＥＴ３０のゲート電極側に接続されている。
【００２２】
また、下限側電圧判定部２５の出力は、下限側切替部２６の他に電源切替伝達部２８に接続されている。この電源切替伝達部２８は、下限側切替部２６と同様にｎ型のＭＯＳＦＥＴによって設けられており、下限側電圧判定部２５は、電源切替伝達部２８のゲート電極に接続されている。また、電源切替伝達部２８のドレイン電極は制御部４０に接続されており、これにより、制御部４０は、下限側電圧判定部２５の信号の状態を、電源切替伝達部２８を介して検出可能になっている。
【００２３】
また、制御部４０は、電子制御装置として構成されており、ハード構成は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有する処理部や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部等を備えた公知の構成であるため、説明は省略する。
【００２４】
この制御部４０は、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電した電圧を調整する電圧調整回路である制御部用昇圧コンバータ５０から供給される電力によって駆動する。また、吐止水弁８５は、制御部用昇圧コンバータ５０とは異なる電圧調整回路である電磁弁用昇圧コンバータ５２から供給される電力によって駆動可能になっている。即ち、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、制御部用昇圧コンバータ５０と同様に、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電した電圧を調整して吐止水弁８５に供給する。
【００２５】
これらの制御部用昇圧コンバータ５０と電磁弁用昇圧コンバータ５２とは、効率よく電圧を調整して電力を供給することができる電力の範囲が異なっており、制御部用昇圧コンバータ５０は、制御部４０で使用する電力の範囲で効率よく電圧を調整することができ、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、吐止水弁８５で使用する電力の範囲で効率よく電圧を調整することが可能になっている。具体的には、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、制御部用昇圧コンバータ５０よりも、大きな電力の範囲で、効率よく電圧を調整して吐止水弁８５に供給することが可能になっている。
【００２６】
また、電磁弁用昇圧コンバータ５２と吐止水弁８５との間には、吐止水弁８５の開閉を切り替える回路である吐止水弁制御回路５５が設けられている。この吐止水弁制御回路５５は、複数の開閉制御用トランジスタ５６と複数の開閉制御用ダイオード５７とにより構成されている。開閉制御用トランジスタ５６のベース電極には制御部４０が接続されており、制御部４０で複数の開閉制御用トランジスタ５６を制御することにより、電磁弁用昇圧コンバータ５２から吐止水弁８５に流れる電流の経路を切り替えることが可能になっている。これにより、吐止水弁８５の開閉を切り替えることが可能になっている。
【００２７】
なお、この吐止水弁８５は、ラッチ式の電磁弁になっている。このため、開方向、または閉方向の電流を吐止水弁８５に供給して吐止水弁８５を駆動させた場合、その後に吐止水弁８５に対する電流を遮断しても、吐止水弁８５は、開状態、または閉状態が維持される。
【００２８】
また、水栓の吐水口の付近に差し出された手を検出する検出センサ４４は、発光ダイオードからなるセンサ発光部４５と、フォトダイードからなるセンサ受光部４６とを有している。このうち、センサ発光部４５は、電磁弁用昇圧コンバータ５２で調整した電圧によって間欠的に発光し、吐水口付近を照射する。また、センサ受光部４６は、制御部４０に接続されており、吐水口付近に差し出された手に照射されたセンサ発光部４５からの光が、手で反射した際における反射光を受光することにより電流が流れる。制御部４０は、この電流を検知することにより、吐水口付近に手が差し出されたことを検知する。
【００２９】
この実施形態に係る発電式水栓の電源回路１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この電源回路１が備えられる自動水栓は、制御部４０によって制御されるが、制御部４０は、制御部用昇圧コンバータ５０で電圧が調整されたリチウムイオンキャパシタ７５からの電力によって駆動する。また、制御部４０には、常時電力が供給され、制御部４０は常時駆動している。また、電磁弁用昇圧コンバータ５２は、センサ発光部４５の発光時、及び吐止水弁８５吐止水駆動時のみ、制御部４０からの信号により駆動される。
【００３０】
この状態で、自動水栓の使用者が手を吐水口の付近に差し出すと、センサ発光部４５からの光が手に当たり、光が手で反射する。このように手で反射した反射光をセンサ受光部４６で受光した場合、制御部４０は、手が差し出されていることを検出する。
【００３１】
手が差し出されていることを検出した制御部４０は、吐止水弁制御回路５５の開閉制御用トランジスタ５６に対して、吐止水弁８５を開く方向の制御信号を送信する。これにより、吐止水弁８５には、当該吐止水弁８５が開弁する方向の電流が流れる。この場合における電流は、電磁弁用昇圧コンバータ５２で電圧が調整されたリチウムイオンキャパシタ７５からの電力を使っており、吐止水弁８５の駆動に適した大電力を効率よく供給する。吐止水弁８５は、この電力によって駆動して開弁する。
【００３２】
なお、この吐止水弁８５への電力の供給は短時間のみ行われ、電力の供給開始後、吐止水弁８５を開弁することができる程度の時間が経過したら、電力の供給を停止する。ラッチ式電磁弁である吐止水弁８５は、このように電力の供給が停止しても、開弁状態を維持する。吐止水弁８５が開かれた場合、給水管内を流れる水の流れ方向における吐止水弁８５よりも下流側に水が流れ、この水が自動水栓の吐水口から吐水する。
【００３３】
このようにして、給水管内を水が流れる場合、発電機６０は、この水の流れによって水車が回転して発電する。発電機６０で発電した電流は交流であるため、リチウムイオンキャパシタ７５に供給する前に整流し、直流の状態でリチウムイオンキャパシタ７５に供給する。
【００３４】
図３は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図である。発電機６０で発電した電流は、そのとき＋の極性になっている側からダイオードブリッジ１０に流入し、接続されている整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４とのうち、電流の流れが順方向になる整流ダイオード１２ａの方向に流れる。
【００３５】
整流ダイオード１２ａに流れた電流は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に流れ、リチウムイオンキャパシタ７５の−側から再びダイオードブリッジ１０に流れる。リチウムイオンキャパシタ７５は、このように発電機６０で発電した電流が流れる際に、この電流を蓄電する。ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている２つのショットキーバリアダイオード１４のうち、発電機６０の−側に接続されているショットキーバリアダイオード１４ａに流れて、発電機６０に戻る。
【００３６】
図４は、図２に示すダイオードブリッジで整流する場合の説明図であり、発電機で発電する電流の方向が図３に示す方向と反対方向の場合の説明図である。交流電流を発電する発電機６０からの電流の極性が反対方向になった場合も同様に、発電機６０で発電した電流は、＋の極性になっている側からダイオードブリッジ１０に対して流れる。即ち、極性が変化する前とは異なる導線を伝わって、発電機６０からダイオードブリッジ１０に対して電流が流れる。
【００３７】
ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている整流ダイオード１２であり、極性が変化する前に電流が流れた整流ダイオード１２ａとは異なる整流ダイオード１２ｂを流れる。整流ダイオード１２ｂに流れた電流は、リチウムイオンキャパシタ７５によって蓄電されながらリチウムイオンキャパシタ７５を通って、再びダイオードブリッジ１０に流れる。
【００３８】
ダイオードブリッジ１０に流れた電流は、この電流が流れる導線に接続されている２つのショットキーバリアダイオード１４のうち、発電機６０の−側に接続されているショットキーバリアダイオード１４であり、極性が変化する前のショットキーバリアダイオード１４ａとは異なるショットキーバリアダイオード１４ｂに流れて、発電機６０に戻る。
【００３９】
発電機６０で発電した交流電流は、このようにダイオードブリッジ１０で整流され、直流の状態でリチウムイオンキャパシタ７５に流されてリチウムイオンキャパシタ７５で蓄電するが、発電機６０からの電流をダイオードブリッジ１０で整流する場合、整流ダイオード１２とショットキーバリアダイオード１４とを１つずつ通過する。このうち、ショットキーバリアダイオード１４は、整流ダイオード１２と比較して順方向電圧降下が小さいため、発電機６０で発電した電力は、２つの整流ダイオード１２を通過する場合と比較して電力損失が小さい状態でリチウムイオンキャパシタ７５に供給され、リチウムイオンキャパシタ７５で蓄電する。
【００４０】
図５は、図２に示すダイオードブリッジの非発電時の状態を等価的に示す説明図であり、発電機の抵抗リアクタンスを省略している説明図である。ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続される２つのダイオードが整流ダイオード１２になり、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続される２つのダイオードがショットキーバリアダイオード１４になっている。このため、リチウムイオンキャパシタ７５からの電流がダイオードブリッジ１０を流れる場合、電流の方向に関わらず、この電流は必ず整流ダイオード１２を通ることになる。つまり、ショットキーバリアダイオード１４は、逆方向への電流の漏れが、整流ダイオード１２での逆方向への電流の漏れと比較して大きくなっているが、ダイオードブリッジ１０に流れる電流は必ず整流ダイオード１２を通ることにより、逆方向への電流の漏れは整流ダイオード１２により抑えられる。
【００４１】
このように、自動水栓の吐水時に、給水管内を流れる水の流れによって発電機６０で発電した電流を、ダイオードブリッジ１０で整流した後、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電する。
【００４２】
また、吐水口から吐水している状態で、センサ受光部４６が反射光を受光しなくなることにより、吐水口に差し出されていた手が移動したことを制御部４０で検出した場合には、制御部４０は、開閉制御用トランジスタ５６に対して、吐止水弁８５を閉じる方向の制御信号を送信する。これにより、吐止水弁８５には、電磁弁用昇圧コンバータ５２から、当該吐止水弁８５が閉弁する方向の電流が流れる。吐止水弁８５は、この電流により駆動して閉弁し、吐水口からの水は止水する。吐止水弁８５を閉弁したら、吐止水弁８５への電流の供給を停止する。この閉弁時も開弁時と同様に、吐止水弁８５は、電流の供給が停止しても閉弁状態を維持する。
【００４３】
また、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧は、上限側電圧判定部２０により、その電圧が上限値を上回るか否かを判定され、下限側電圧判定部２５により、この電圧が下限値を下回るか否かを判定される。
【００４４】
まず、上限側電圧判定部２０は、検出した電圧が３．５Ｖを超えるとＨｉの信号を出力し、３．５Ｖ以下になるとＬｏの信号を出力する。この出力信号は、上限側切替部２１に伝達される。上限側切替部２１は、この上限側電圧判定部２０からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。上限側切替部２１は、ＯＮの場合は、発電機６０で発電した電流をグランドに逃がす経路を接続する。このため、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧が３．５Ｖを超えた場合には、発電機６０で発電した電流はグランドに流れ、リチウムイオンキャパシタ７５には流れなくなるので、リチウムイオンキャパシタ７５は、それ以上蓄電されなくなる。
【００４５】
一方、下限側電圧判定部２５は、検出した電圧が２．５Ｖを超えるとＨｉの信号を出力し、２．５Ｖ以下になるとＬｏの信号を出力する。この出力信号は、下限側切替部２６に伝達される。下限側切替部２６は、この下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。また、下限側切替部２６は、ＯＮの場合は、ＦＥＴ３０のゲート電極をグランドと接続することにより、ゲート電極の電圧を低下させる。
【００４６】
このＦＥＴ３０は、ソース電極の電圧に比べてゲート電極の電圧が十分下がると、ソース電極とドレイン電極との間がＯＮになる。このため、下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉになることにより下限側切替部２６がＯＮになった場合は、ＦＥＴ３０はＯＮになる。このようにＦＥＴ３０がＯＮになると、ソース電極のリチウムイオンキャパシタ７５とドレイン電極側の昇圧コンバータ５０、５２とが接続され、リチウムイオンキャパシタ７５の電流が回路に供給されることになる。
【００４７】
これに対し、下限側切替部２６がＯＦＦの場合は、ＦＥＴ３０は、ソース電極とゲート電極とで電位差が無くなるので、ソース電極とドレイン電極との間はＯＦＦになる。このため、下限側電圧判定部２５からの信号がＬｏになることにより下限側切替部２６がＯＦＦになった場合は、ＦＥＴ３０はＯＦＦになる。このようにＦＥＴ３０がＯＦＦになると、ソース電極のリチウムイオンキャパシタ７５とドレイン電極側の昇圧コンバータ５０、５２とは切り離され、リチウムイオンキャパシタ７５は回路に対して切り離される。この場合、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電されている電流は、回路側には供給されなくなる。これらにより、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧を所定範囲内に収め、リチウムイオンキャパシタ７５の過充電と過放電を抑制する。
【００４８】
また、下限側電圧判定部２５からの信号は、電源切替伝達部２８にも伝達される。この電源切替伝達部２８も下限側切替部２６と同様に、下限側電圧判定部２５からの信号がＨｉの場合はＯＮになり、信号がＬｏの場合はＯＦＦになる。また、下限側切替部２６のドレイン電極は制御部４０に接続され、ソース電極はグランドに接続されているため、制御部４０は、下限側切替部２６との間の電位差によって、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電不足を検出することができる。
【００４９】
以上の実施形態に係る発電式水栓の電源回路１は、ダイオードブリッジ１０を、２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４により構成し、さらに、この４つのダイオードのうち、同じ種類の２つのダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続し、他方の種類の２つのダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続している。これにより、発電機６０で発電した電流をダイオードブリッジ１０で整流する場合には、必ずショットキーバリアダイオード１４を通すことができるため、電力の損失が小さい状態でリチウムイオンキャパシタ７５によって蓄電することができる。
【００５０】
また、ダイオードブリッジ１０が有する２つの整流ダイオード１２と２つのショットキーバリアダイオード１４とのリチウムイオンキャパシタ７５に対する接続を、上記のようにすることにより、リチウムイオンキャパシタ７５からダイオードブリッジ１０を流れる電流を、電流の方向に関わらず整流ダイオード１２を通すことができる。これにより、ショットキーバリアダイオード１４の逆方向の電流の漏れに起因する電流の漏洩を抑えることができる。これらの結果、発電機６０で発電した電力を、より有効的に利用することができる。
【００５１】
また、リチウムイオンキャパシタ７５は、直列等価抵抗、漏れ電流共に低いため、蓄放電時の電気消費量が小さく、出力の変動も小さいので、過電圧防止回路への影響を低減できる。また、リチウムイオンキャパシタ７５は、大電流供給も可能なので、出力側の大容量ケミコンの削減や省略を可能にすることができる。この結果、発電機６０で発電した電力を、より有効的に利用することができる。
【００５２】
なお、上述した電源回路１では、ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に２つの整流ダイオード１２を接続するようにし、−側に２つのショットキーバリアダイオード１４を接続するように構成しているが、これらの接続は反対でもよい。即ち、２つのショットキーバリアダイオード１４を、リチウムイオンキャパシタ７５の＋側に接続するようにし、２つの整流ダイオード１２を、リチウムイオンキャパシタ７５の−側に接続するようにしてもよい。ダイオードブリッジ１０は、リチウムイオンキャパシタ７５の極性に関わらず、同じ種類のダイオードをリチウムイオンキャパシタ７５の同じ極性側に接続するように構成すれば、接続するダイオードの種類とリチウムイオンキャパシタ７５の極性との関係は問わない。
【００５３】
また、上述した電源回路１では、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧の低下時は、制御部４０側との接続を遮断しているのみであるが、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧が低下した場合には、使用者に異常を報知するようにしてもよい。これにより、異常時には早急な修理依頼が可能になり、補助電池８０の無駄な消費を抑えることができる。
【００５４】
また、上述した電源回路１では、蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタ７５を用いているが、蓄電手段はこれ以外でもよく、例えば、ＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）を用いてもよい。蓄電手段の形態に関わらず、ダイオードブリッジ１０を上述した構成にすることにより、発電機６０で発電した電力を有効的に利用することができる。
【００５５】
また、上述した電源回路１は、手を差し出したことを検知することにより自動的に吐水する自動水栓用の電源回路１であり、洗面台等で用いられる水栓を想定して説明しているが、電源回路１によって吐水の制御を行う発電式水栓は、これ以外のものでもよい。発電式水栓は、例えば、検出センサ４４で人を検知して自動的に洗浄を行う小便器であってもよい。電源回路１で制御する発電式水栓は、検出対象物を検出センサ４４で検出し、検出対象物の状態に応じて給水管を流れる水の吐水や止水を切り替えるものであれば、その用途は問わない。
【符号の説明】
【００５６】
１ 電源回路
１０ ダイオードブリッジ（整流回路）
１２ 整流ダイオード
１４ ショットキーバリアダイオード
２０ 上限側電圧判定部
２１ 上限側切替部
２５ 下限側電圧判定部
２６ 下限側切替部
２８ 電源切替伝達部
３０ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
４０ 制御部
４４ 検出センサ
５０ 制御部用昇圧コンバータ
５２ 電磁弁用昇圧コンバータ
５５ 吐止水弁制御回路
６０ 発電機
７５ リチウムイオンキャパシタ（蓄電手段）
８０ 補助電池
８５ 吐止水弁（電磁弁）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機と、
前記発電機で発電した交流電流を整流する整流回路と、
前記整流回路で整流した電流を蓄電する蓄電手段と、
前記蓄電手段で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部と、
を備える発電式水栓の電源回路において、
前記整流回路は、２つの整流ダイオードと２つのショットキーバリアダイオードとを有するダイオードブリッジにより構成されており、
前記ダイオードブリッジは、前記蓄電手段の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類の前記ダイオードになっていることを特徴とする発電式水栓の電源回路。
【請求項１】
給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機と、
前記発電機で発電した交流電流を整流する整流回路と、
前記整流回路で整流した電流を蓄電する蓄電手段と、
前記蓄電手段で蓄電している電力によって吐水の制御を行う制御部と、
を備える発電式水栓の電源回路において、
前記整流回路は、２つの整流ダイオードと２つのショットキーバリアダイオードとを有するダイオードブリッジにより構成されており、
前記ダイオードブリッジは、前記蓄電手段の２つの極性側にそれぞれ接続される２つのダイオードが、極性側ごとに同じ種類の前記ダイオードになっていることを特徴とする発電式水栓の電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９３９９４（Ｐ２０１３−９３９９４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５１２０（Ｐ２０１１−２３５１２０）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（３０２０４５７０５）株式会社ＬＩＸＩＬ (949)
【Ｆターム（参考）】
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