(57)【要約】【課題】給水装置において、水流で発電する水流発電機からの出力電圧が流量の変化に伴って大きく変動する問題を解決する。【解決手段】水流発電機からの出力電圧を制御する発電制御装置を、水流発電機における巻線４１の、発電に関与する巻数を多（Ｎ）から少（ｎ１＝Ｎ／２）に若しくはその逆に切り替える切替手段５０と、切替手段５０を動作制御する制御部３０とを含んで構成する。そして水流が小流量から大流量に若しくはその逆に変化して、水流発電機からの出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったとき、電圧監視手段による監視に基づき制御部３０にて切替手段５０を切替動作させ、水流発電機における巻線４１の巻数を多から少に若しくはその逆に切り替えるようにする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路の水流で発電する水流発電機からの出力電圧を制御する発電制御装置であって、
（イ）前記水流発電機における巻線の、発電に関与する巻数を多から少に若しくはその逆に切り替える切替手段と、（ロ）該切替手段を動作制御する制御部と、（ハ）前記水流発電機からの出力電圧を直接に監視する電圧監視手段と、を有し、前記水流が小流量から大流量に若しくはその逆に変化して前記水流発電機からの出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったとき、前記制御部により前記切替手段を切替動作させて、前記水流発電機における巻線の巻数を多から少に若しくはその逆に切り替えるようになしてあることを特徴とする発電制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記水流発電機における巻線の少ない巻数を与える位置と、多い巻数を与える位置とのそれぞれに端子が設けてあり、前記切替手段は、それら端子の何れかに選択的に接続状態となって、前記水流発電機からの出力の取出位置を変化させるものとなしてあることを特徴とする発電制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記各端子は連続した単一の巻線の異なる位置に設けられていることを特徴とする発電制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記水流発電機は給水弁を備えた給水装置に備えられているものであることを特徴とする発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発電制御装置に関し、詳しくは水路の水流で発電する水流発電機からの出力電圧を制御するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水路の水流で水車を回転させて発電を行う水流発電機を備え、その水流発電機からの出力を蓄電池や充電コンデンサ等の蓄電手段に蓄え、これを電源として電磁弁等の機器を駆動するようになした給水装置が公知である。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、水流発電機と充電コンデンサとを備え、水流発電機からの交流出力を整流回路により直流に変換した上で充電コンデンサに給電し充電させるとともに、その充電コンデンサを電源として電磁弁（給水弁）を作動させ、且つ制御部においてこれを作動制御するようになしたものが開示されている。
この種の給水装置は、例えば自動水栓や便器の自動洗浄装置等に用いられている。
【０００４】
図５は水流発電機を含む従来の給電回路を示している。
同図において２００は水流発電機における巻線で、２０２は水流発電機からの交流出力を直流に変換する整流回路、２０４は平滑コンデンサである。
２０６は３端子レギュレータで、２０８は装置の電源として働く充電コンデンサである。給水装置における電子部品や電磁弁等の機器はこの充電コンデンサ２０８を電源として動作する。
【０００５】
水流発電機を備えた給水装置において、水流発電機からの出力電圧は水流発電機の巻線２００の巻数によって決り、巻数が多ければ出力電圧は高くなり、また巻数が少なければ出力電圧は低くなる。
【０００６】
ここで従来の給水装置における水流発電機は、巻線２００の巻数が一定であるため、図６に示しているように水路における水流の流量の変化に応じて出力電圧が大きく変動する。
即ち、本来取り出したい電圧（例えば５〜１０Ｖ程度）に対し、水流発電機からの出力電圧は、流量が増大するにつれてこれを大きく上回った高い電圧が出力されるようになる。
【０００７】
このような高い電圧に耐えるため、従来にあっては給水装置のコンデンサや３端子レギュレータその他の電子部品等に高い耐電圧を有するものを用いることが必要となる。
これら耐電圧の高い電子部品等はコストが高く、それに加えて部品サイズも大きく、このことが給水装置の大型化をもたらしていた。
一方においてこれを避けるべく水流発電機の巻線２００の巻数を少なくしておくと、水流の流量が小流量であるときに十分な出力電圧が得られないといった問題を生ずる。
【０００８】
尚、本発明に関連すると思われる先行技術として下記特許文献２，特許文献３に開示されたものがあるが、前者の特許文献２に開示のものは電動機に関するものであり、また特許文献３に開示のものは可動コイル形モータに関するもので、それぞれ本発明とは対象が異なっており、何れも水流発電機からの出力電圧を制御するものではない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２０７４９８号公報
【特許文献２】特開平１０−２４８２１９号公報
【特許文献３】特開昭５７−２０８８５５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発電制御装置は以上のような事情を背景として案出されたものである。
而して請求項１のものは、水路の水流で発電する水流発電機からの出力電圧を制御する発電制御装置であって、（イ）前記水流発電機における巻線の、発電に関与する巻数を多から少に若しくはその逆に切り替える切替手段と、（ロ）該切替手段を動作制御する制御部と、（ハ）前記水流発電機からの出力電圧を直接に監視する電圧監視手段と、を有し、前記水流が小流量から大流量に若しくはその逆に変化して前記水流発電機からの出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったとき、前記制御部により前記切替手段を切替動作させて、前記水流発電機における巻線の巻数を多から少に若しくはその逆に切り替えるようになしてあることを特徴とする。
【００１１】
請求項２のものは、請求項１において、前記水流発電機における巻線の少ない巻数を与える位置と、多い巻数を与える位置とのそれぞれに端子が設けてあり、前記切替手段は、それら端子の何れかに選択的に接続状態となって、前記水流発電機からの出力の取出位置を変化させるものとなしてあることを特徴とする。
【００１２】
請求項３のものは、請求項２において、前記各端子は連続した単一の巻線の異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記水流発電機は給水弁を備えた給水装置に備えられているものであることを特徴とする。
【発明の作用及び効果】
【００１４】
以上のように本発明は、水流発電機からの出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったとき、電圧監視手段による監視に基づき、制御部によって切替手段を切替動作させ、水流発電機における巻線の巻数を多から少に若しくはその逆に切り替えるようになしたもので、本発明によれば、水流の流量が小流量であるときにも出力電圧を高く取り出すことができる一方、流量が大流量となった場合であっても切替手段による切替動作により水流発電機からの出力電圧を低く抑えることができる。
【００１５】
従って本発明によれば、給水装置の電子部品等として必要以上に高い耐電圧を有するものを用いる必要がなくなり、それに要するコストを低減することができるとともに、電子部品等を小型化し得、ひいては給水装置等の装置を従来よりも小型化することが可能となる。
【００１６】
上記電圧監視手段は、水流発電機における水車の回転数によって間接的に電圧を監視するものとして構成しておくこともできるが、本発明では水流発電機からの出力電圧を直接的に監視するものとして構成してあり、このようにすれば、出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったときに正確に且つ直接的にこれを検知することができる。
【００１７】
本発明では、水流発電機における巻線の少ない巻数を与える位置と多い巻数を与える位置とのそれぞれに端子を設けておき、上記切替手段をそれら端子の何れかに選択的に接続状態となって、水流発電機からの出力の取出位置を変化させるものとなしておくことができる（請求項２）。
【００１８】
この場合において各端子は、連続した単一の巻線の異なる位置に設けておくことができる（請求項３）。
巻数の異なる複数の独立した巻線を用意しておいて、それら巻数の異なる巻線を選択することで水流発電機からの出力電圧を制御することも可能であるが、この場合独立した複数の巻線を設けておかなければならず、部品点数が増大し、構造も複雑化する上に、それらを部分的に重ねるようにして巻線をした場合、その巻線のためのボビンが大型化してしまう問題を生ずる。
しかるに単一の巻線の異なる位置に各端子を設けておいて、巻線からの出力の取出位置を変えるようにしておけば、そうした問題を生じず、有利である。
【００１９】
本発明はまた、給水弁を備えた給水装置の水流発電機に適用すること、即ちその水流発電機からの出力電圧を制御する装置として構成しておくことができる（請求項４）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明を自動水栓の給水装置における発電制御装置に適用した場合の実施形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図１において、１０は手洗器１２に設置された自動水栓で、手洗器１２から起立する形態で設けられた吐水部１４と、これより離隔した位置において壁Ｗに取り付けられた本体機能部としての給水装置１６とを有している。
吐水部１４には、吐水口１８とその下側において手を検知するセンサ２０とが設けられている。
【００２１】
給水装置１６はボックス２４を有しており、その内部に水路上に設けられた電磁弁（給水弁）２６、及び水路の水流によって水車を回転させ発電を行う水流発電機２８、及びマイコンから成る制御部３０その他の電子部品を搭載した基板３２が収容されている。
この給水装置１６と吐水部１４とは、給水チューブ３４及び信号授受のための信号コード３６にて連絡されている。
尚３８は止水栓である。
【００２２】
この例の自動水栓１０の場合、センサ２０の前方に手を差し出すと、センサがこれを感知して給水装置１６における制御部３０の制御の下に電磁弁２６が開弁され、給水チューブ３４を通じて吐水部１４へと給水が行われて、その吐水部１４の吐水口１８から吐水が行われる。
このとき、給水装置１６における水流発電機２８は水路の水流の勢いで水車を回転させ発電を行う。
【００２３】
図２において、４０はダイオードブリッジから成る整流回路（全波整流回路）で、水流発電機２８の巻線４１から取り出された交流出力はこの整流回路４０で直流に変換され、更に平滑コンデンサ４２で平滑化された後、３端子レギュレータ４４で電圧安定化された上で電源となる充電コンデンサ４６に充電される。
【００２４】
４８はトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を含むＨブリッジ回路から成る電磁弁ドライブ回路で、それぞれのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のベース端子が制御部３０に接続され、各トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が制御部３０にてオン・オフ制御される。
【００２５】
而してこの電磁弁ドライブ回路４８の場合、トランジスタＱ１，Ｑ４のオン動作によって電磁弁２６におけるソレノイド２６Ａに電流が一方向に流れ、またトランジスタＱ２，Ｑ３のオン動作によりソレノイド２６Ａにこれとは逆向きの電流が流れる。
これにより電磁弁２６の開弁動作と閉弁動作とが行われる。
【００２６】
水流発電機２８における巻線４１は連続した単一の巻線から成っており、その端位置と中間の位置とから端子ａ，ｂが延び出している。
ここで巻線４１の全巻数はＮであり、端子ｂは巻数Ｎをｎ１とｎ２とに分割する位置から延び出している（ここではｎ１＝ｎ２＝Ｎ／２）。
【００２７】
５０は巻線４１からの出力の取出位置を端子ｂと端子ａとに択一的に切り替える切替手段で、制御部３０によりその切替動作が制御されるようになっている。
尚本例において、切替手段５０はリレーにて構成されている。
【００２８】
本例において、切替手段５０が端子ａと接続状態にあるときには、水流発電機２８における巻線４１の巻数はＮとなり、その巻数に応じた高い電圧が出力される。
一方端子ｂと接続状態にあるときには、水流発電機２８における巻線４１の巻数はｎ１であり、巻数がＮのときに比べて出力電圧は低くなる。
【００２９】
水流発電機２８における巻線４１からの出力電圧は、電圧検出回路５２を介して制御部３０へと入力され、その出力電圧が制御部３０により監視されるようになっている。
即ちこの例では、制御部３０が出力電圧を直接的に監視する電圧監視手段を兼ねている。
【００３０】
而して制御部３０は、出力電圧が設定上限電圧（この例では例えば１０Ｖ）に達したときに、切替手段５０を巻線４１における端子ｂ側に切替動作させる。
また一方、出力電圧が設定下限電圧（この例では例えば５Ｖ）まで低下したときには、切替手段５０を端子ａ側に切替動作させる。
【００３１】
尚本例において、発電制御装置は巻線４１に設けられた端子ａ，ｂと、切替手段５０と、電圧検出回路５２及び制御部３０とを含んで構成されている。
【００３２】
本例では、水路を水が流れ始め、そして水流の流量が増大するにつれて図３に示しているように水流発電機２８からの出力電圧、詳しくは巻線４１からの出力電圧も高くなって行く。
尚このとき、切替手段５０は端子ａ側に切り替えられた状態にある。
【００３３】
而して水流発電機２８からの出力電圧が設定上限電圧である１０Ｖに達したところで、切替手段５０が制御部３０からの指令により端子ｂ側に切替動作する。
この時点で水流発電機２８における巻線４１の巻数はＮからｎ１に減少し、そしてこれに伴って出力電圧も巻数の減少に応じて低下する。
【００３４】
上記したように端子ｂは巻数ｎ１＝ｎ２となる巻線４１の中間の位置から延び出しており、従って端子ｂ側への切替時点で、巻線４１からの出力電圧は当初の半分の５Ｖとなる。
水流発電機２８からの出力電圧は、その後更に続く水流の流量増大に伴って再び漸次高くなって行く。
【００３５】
尚、以上は水流の流量増大に伴って出力電圧が高くなって行く場合であるが、切替手段５０が端子ｂ側に切り替えられた状態において、水流の流量が減少して出力電圧が設定下限電圧の５Ｖまで低下したとき、本例では切替手段５０が端子ｂ側から端子ａ側に切り替わり、巻線４１からの出力電圧を高くする。
【００３６】
以上のような本例によれば、水流の流量が小流量であるときにも水流発電機２８からの出力電圧を高く取り出すことができる一方、流量が大流量となった場合であっても切替手段５０による切替動作により出力電圧を低く抑えることができる。
【００３７】
従って本例によれば、給水装置１６における電子部品等として必要以上に高い耐電圧を有するものを用いる必要がなく、それに要するコストを低減することができるとともに電子部品等を小型化し得、ひいては給水装置１６を従来よりも小型化することが可能となる。
【００３８】
また本例では水流発電機２８からの出力電圧を直接的に監視し、その出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に達したときに、水流発電機２８における巻線４１の巻数を変化させるようになしていることから、出力電圧が設定上限電圧又は設定下限電圧に到ったときに正確にこれを検知して、切替手段５０の切替動作を適正且つ正確なタイミングで行わせることができる。
【００３９】
更に本例では巻線４１を連続した１つの巻線となして、その巻線４１の異なる位置に端子ａ，ｂを設け、巻線４１からの出力電圧の取出位置を変えるようにしていることから、複数の巻線を設けておく必要もないし、またそれら独立した巻線を部分的に重ねるようにした場合に比べて、巻線のためのボビンが大型化してしまうといった問題も生じない。
【００４０】
但し本発明においては水流発電機２８における巻線４１を、図４に示しているように巻数Ｎの巻線４１-１と、巻数ｎ１の巻線４１-２とで構成し、巻線４１-２から端子ｂを、また巻線４１-１から端子ａを延び出させて、それらの間で切替手段５０を切替動作させるようになすといったことも場合により可能である。
【００４１】
また上例では水流発電機２８における巻線４１の巻数を２段階に切り替えるようにしているが、本発明においては３段階若しくはそれ以上に切り替えるようになすことも可能であるし、更に上例では切替手段５０をリレーにて構成しているが、トランジスタ等の半導体素子にて切替手段５０を構成するといったことも可能である。
【００４２】
その他本発明は、便器の自動洗浄装置における給水装置その他の給水装置の発電制御装置として構成することも可能であるし、或いはまた給水装置以外の各種装置における発電制御装置として構成することも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】自動水栓をその給水装置及び手洗器とともに示す図である。
【図２】図１の給水装置における本実施形態の発電制御装置を他の要素とともに示す回路図である。
【図３】同実施形態の発電制御装置による制御動作を示す説明図である。
【図４】水流発電機の他の形態の巻線を出力取出用の端子とともに示す図である。
【図５】従来の水流発電機の巻線を含む給電回路の例を示す図である。
【図６】図５の給電回路により生ずる不具合の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１６  給水装置
２６  電磁弁（給水弁）
２８  水流発電機
３０  制御部
４１  巻線
５０  切替手段
５２  電圧検出回路
ａ，ｂ  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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