(57)【要約】      （修正有）【課題】リチウムイオンキャパシタの過放電対策をしつつ、常に蓄電することのできる回路を簡易に得ることができる発電式水栓の電源回路を提供する。【解決手段】給水管を流れる水の流れによって発電をする発電機６０と、発電機６０で発電をした電流を蓄電する蓄電手段と、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４０と、を備える発電式水栓の電源回路１において、蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタ７５を用い、リチウムイオンキャパシタ７５と制御部４０との接続と遮断との切替手段としてＦＥＴ３０を有しており、リチウムイオンキャパシタ７５と制御部４０との遮断時は、ＦＥＴ３０が有する寄生ダイオードによって発電機６０で発電した電流をリチウムイオンキャパシタ７５に流す。【選択図】図１
2013096112.tif 000002
【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、
前記発電機で発電を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、
前記蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタを用い、
前記リチウムイオンキャパシタと前記制御部との接続と遮断とを切替える切替手段として電界効果トランジスタを有しており、
前記電界効果トランジスタによる前記リチウムイオンキャパシタと前記制御部との遮断時は、前記電界効果トランジスタが有する寄生ダイオードによって前記発電機で発電した電流を前記リチウムイオンキャパシタに流すことを特徴とする発電式水栓の電源回路。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタはｐ型であり、ソース電極が前記リチウムイオンキャパシタ側に接続され、ドレイン電極側が前記制御部側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の発電式水栓の電源回路。
【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、吐水経路に設けた水車を水流によって回転させて発電を行う発電機と、発電機で発電した電流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。さらに、このような自動水栓の中には、電力のバックアップ手段として一次電池を設け、コンデンサの蓄電量が少ない場合にはスイッチング回路によって、電源をコンデンサと一次電池とで切り替えることが可能になっているものもある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の給水制御装置では、発電部材として熱発電素子と、これと切り替えて使用する一次電池と、電源回路を切り替えるスイッチング回路と、を設けている。この給水制御装置では、スイッチング回路はＦＥＴ等のトランジスタにより構成し、制御部からの信号に基づいてＦＥＴを作動させることにより、制御部に接続される電源を熱発電素子と一次電池とで切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、近年では、電流を蓄電する蓄電手段として、リチウムイオンキャパシタを用いる装置が増加している。このリチウムイオンキャパシタは、蓄電手段として従来より多く用いられている電気二重層コンデンサと比較して、直列等価抵抗が低いため、蓄電した電力を効率良く使用することができ、また、漏れ電流が電気二重層コンデンサと比較して小さいため、自己放電が電気二重層コンデンサと比較して少なくなっている。また、容積当りの蓄電量も、電気二重層コンデンサと比較して大きくなっているため、リチウムイオンキャパシタは、蓄電効率や蓄電した電力の有効利用の性能が、電気二重層コンデンサと比較して高くなっている。
【０００６】
しかし、リチウムイオンキャパシタは、使用電圧の上限値と下限値とが、共に制限されており、電圧がその範囲を超えると破損する場合がある。このため、蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタを用いる場合、蓄電されている電圧の管理が非常に重要なものとなっている。このように、発電機で発電した電力を効率良く使用することができる蓄電手段であるリチウムイオンキャパシタを使用する場合には過放電対策などが必要で、リチウムイオンキャパシタを高信頼で使用するためのより簡易な回路が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リチウムイオンキャパシタの過放電対策をしつつ、常に蓄電することのできる回路を簡易に得ることが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、前記発電機で発電を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、前記蓄電手段としてリチウムイオンキャパシタを用い、前記リチウムイオンキャパシタと前記制御部との接続と遮断とを切替える切替手段として電界効果トランジスタを有しており、前記電界効果トランジスタによる前記リチウムイオンキャパシタと前記制御部との遮断時は、前記電界効果トランジスタが有する寄生ダイオードによって前記発電機で発電した電流を前記リチウムイオンキャパシタに流すことを特徴とする。
【０００９】
また、上記発電式水栓の電源回路において、前記電界効果トランジスタはｐ型であり、ソース電極が前記リチウムイオンキャパシタ側に接続され、ドレイン電極側が前記電圧調整回路側に接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る発電式水栓の電源回路は、リチウムイオンキャパシタの過放電対策をしつつ、常に蓄電することのできる回路を簡易に得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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ＦＥＴと他の装置との相関関係を示す説明図である。
【図３】図３は、図２に示すＦＥＴの詳細図である。
【図４】図４は、図１に示す電源回路を備える電源回路ユニットの斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すリチウムイオンキャパシタの斜視図である。
【図６】図６は、ＦＥＴが非導通の状態を示す説明図である。
【図７】図７は、ＦＥＴが導通している状態を示す説明図である。
【図８】図８は、切替手段にＦＥＴを用いない場合の比較例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
〔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回路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流で、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いる。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で発電する。
【００１４】
また、この電源回路１は、発電機６０で発電をした電流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。
【００１５】
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。補助電池８０は、種々の電池が選択可能であるが、本実施形態では、マンガン乾電池２個直列（使用電圧２．０Ｖ〜３．０Ｖ）を想定している。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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ＭＯＳ−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の出力は、ＦＥＴ３０のゲート電極に接続されている。
【００２１】
図２は、図１に示すＦＥＴと他の装置との相関関係を示す説明図である。図３は、図２に示すＦＥＴの詳細図である。詳しくは、ＦＥＴ３０は、ソース電極３１が、リチウムイオンキャパシタ７５の＋（プラス）側に接続されている。また、ドレイン電極３２は、発電機６０で発電した交流電流を直流に整流するダイオードブリッジ１０に接続されており、ドレイン電極３２は、さらに、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２に接続されている。さらに、ＦＥＴ３０のゲート電極３３は、下限側切替部２６の出力に接続されている。このように設けられるＦＥＴ３０は、ｐ型の半導体とｎ型の半導体とにより構成されている。さらに、ＦＥＴ３０は、当該ＦＥＴ３０に内蔵されている内蔵ダイオードである寄生ダイオード３５を有している。
【００２２】
また、下限側電圧判定部２５は、下限側切替部２６の他に電圧下限伝達部２８に接続されている。この電圧下限伝達部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、電圧下限伝達部２８のゲート電極に接続されている。また、電圧下限伝達部２８のドレイン電極は制御用マイコン部４９に接続されており、これにより、制御用マイコン部４９は、下限側電圧判定部２５の信号の状態を、電圧下限伝達部２８を介して検出可能になっている。
【００２３】
また、制御用マイコン部４９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】
この制御用マイコン部４９は、リチウムイオンキャパシタ７５での蓄電した電力の電圧を調整する電圧調整回路であるリチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２、または補助電池用電圧調整回路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も、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２、または補助電池用電圧調整回路５０から供給される電力によって駆動可能になっている。このうち、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２は、リチウムイオンキャパシタ７５から出力される電圧を制御用マイコン部４９での吐水の制御に用いる電圧に調整する電圧調整回路になっており、補助電池用電圧調整回路５０は、補助電池８０から出力される電圧を制御用マイコン部４９での吐水の制御に用いる電圧に調整する電圧調整回路になっている。また、制御用マイコン部４９、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２、補助電池用電圧調整回路５０は、全て制御部４０に含まれており、制御部４０を構成している。
【００２５】
吐止水弁８５は、吐止水弁制御回路５５により駆動される。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より構成されている。また、吐止水弁制御回路５５は、逆起電圧吸収用に複数の開閉制御用ダイオード５７を有している。開閉制御用トランジスタ５６のベース電極には制御用マイコン部４９が接続されており、制御用マイコン部４９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、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２から吐止水弁８５に流れる電流の流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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、制御部４０には、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が設けられており、この検出センサ４４は、発光ダイオードからなるセンサ発光部４５と、フォトダイオ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、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２、または補助電池用電圧調整回路５０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、制御用マイコン部４９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。制御用マイコン部４９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。
【００２８】
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。図４は、図１に示す電源回路を備える電源回路ユニットの斜視図である。図５は、図４に示すリチウムイオンキャパシタの斜視図である。電源回路１は、発電機６０やリチウムイオンキャパシタ７５を含めた１つのユニットである電源回路ユニット５として構成されている。リチウムイオンキャパシタ７５は、蓄電素子用コネクタ７６を着脱することにより、電源回路ユニット５に対して着脱可能になっている。商品保管時（取付前）は、ほこりや湿気による放電を防ぐため、リチウムイオンキャパシタ７５は、電源回路１から分離して防湿性の袋等に梱包される。電源回路１の取付時、即ち施工時に、リチウムイオンキャパシタ７５を、梱包された袋等から取り出して回路に接続するが、リチウムイオンキャパシタ７５は、ホルダ７７で保持し、Ｏリング７８を用いて密閉防湿対策を行って接続する。
【００２９】
また、補助電池８０は、補助電池用ケース８１に対して収容することにより補助の電源として使用可能になっており、補助電池用ケース８１も、補助電池用コネクタ８２を着脱することにより、電源回路ユニット５に対して着脱可能になっている。リチウムイオンキャパシタ７５は、この補助電池用コネクタ８２同士を結合しないと、回路に対するリチウムイオンキャパシタ７５の電流経路が形成されないようになっている。
【００３０】
電源回路ユニット５の取付完了時で、吐水させる前は、下限側電圧判定部２５の入力電圧、つまり整流ダイオード１２のカソード側電圧は０なので、下限側電圧判定部２５は動作せず、下限側電圧判定部２５の出力電圧も０になる。そのため、下限側切替部２６のドレイン電極からソース電極へは導通がなく、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極へも導通がないため、リチウムイオンキャパシタ７５は回路から切り離されている。従って、この時点では、補助電池８０からの電力で補助電池用電圧調整回路５０が動作し、制御部４０が起動する。以後、最初の吐水までは、制御用マイコン部４９及び吐止水弁制御回路５５は、補助電池８０からの電力により駆動される。
【００３１】
また、最初の吐水までは、検出センサ４４も補助電池８０からの電力により駆動され、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、制御用マイコン部４９は、手が差し出されていることを検出する。
【００３２】
手が差し出されていることを検出した制御用マイコン部４９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も補助電池８０から供給され、吐止水弁８５は、この電流によって駆動して開弁する。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。なお、吐止水弁８５への電力供給は数１０ｍｓ後には停止させる制御とする。吐止水弁８５にラッチ弁を使用するため、電力供給停止後も吐止水弁８５は開を維持する。つまり、止水時にそのための電力が供給されるまで、開を維持する。
【００３３】
最初の吐水が始まると、給水管内を流れる水の流れによって、発電機６０は水車が回転して発電し、発電機６０の発電によって下限側電圧判定部２５の入力電圧が上昇する。下限側電圧判定部２５の入力電圧が上昇し、下限電圧を超えると、下限側電圧判定部２５の出力がＨになり、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間が導通する。この時、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧が設定した下限電圧以上あれば、発電機６０の停止後も下限電圧判定部２５の出力Ｈは維持され、ＦＥＴ３０の導通も継続する。
【００３４】
ＦＥＴ３０が導通すると、リチウムイオンキャパシタ７５からリチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２に電力が供給され、制御用マイコン部４９及び吐止水弁制御回路５５は、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電力により駆動される。同時に、下限側電圧判定部２５からの出力は、電圧下限伝達部２８にも伝達され、制御用マイコン部４９は、電圧下限伝達部２８からの信号によりリチウムイオンキャパシタ７５の蓄電が十分なことを検知して、補助電池用電圧調整回路５０を停止させる。つまり、補助電池８０からの電力供給は停止する。
【００３５】
なお、一般的にリチウムイオンキャパシタ７５の等価直列抵抗は、補助電池８０の等価直列抵抗より小さくなっている。このため、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２の出力電圧が、補助電池用電圧調整回路５０の出力電圧と同じかそれ以下であれば、補助電池用電圧調整回路５０を停止させなくても、回路の電力のほとんどは、リチウムイオンキャパシタ７５から供給される。従って、制御用マイコン部４９から補助電池用電圧調整回路５０への停止命令は、省略することも可能である。
【００３６】
電源回路１での消費電力より発電電力が大きいと、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧は徐々に上昇し、やがて発電機６０の発電中に、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧が設定上限を超える。つまり、ＦＥＴ３０が導通している場合、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧は、整流ダイオード１２のカソード側電圧、即ち、上限側電圧判定部２０の入力電圧に等しくなっているため、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧が設定上限を超えたか否かは、上限側電圧判定部２０で判定できる。
【００３７】
リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧が設定上限を超え、上限側電圧判定部２０の出力がＨになると、上限側切替部２１が導通し、発電機６０の電力は、ダイオード１５から上限側切替部２１を経てショットキーバリアダイオード１４に流れる経路で消費され、リチウムイオンキャパシタ７５への充電は停止する。この場合、ＦＥＴ３０は導通しているので、リチウムイオンキャパシタ７５から上限側電圧判定部２０や、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２への電力供給は継続される。
【００３８】
電源回路１での消費電力より発電電力が小さいと、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧は徐々に下降し、やがて設定下限を下回る。すると下限側電圧判定部２５の出力がＬになるため、下限側切替部２６が非導通となり、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間も非導通となり、リチウムイオンキャパシタ７５が回路から切り離される。すると下限側電圧判定部２５の入力も失われるから、下限側電圧判定部２５の出力はＬに保持され、ＦＥＴ３０の非導通も継続される。つまり、リチウムイオンキャパシタ７５の切り離しは、リチウムイオンキャパシタ７５の電力を一切使わずに維持され、たとえ補助電池８０の電力が尽きても、この状態は維持される。
【００３９】
同時に、制御用マイコン部４９は、電源切替伝達部２８によってリチウムイオンキャパシタ７５が回路から切り離されたことを検知し、補助電池用電圧調整回路５０を起動する。これにより、補助電池８０から供給される電力によって動作を継続することができる。
【００４０】
ここで、下限側切替部２６とＦＥＴ３０が非導通の時でも、回路基板の絶縁抵抗や素子の漏れ電流により、ごく僅かな、例えばｎＡレベルの放電が継続する可能性があるが、電源回路１では、制御用マイコン部４９とＦＥＴ３０との間の経路に配設されるダイオード１７により、その影響を緩和している。
【００４１】
このため、補助電池８０が健全であれば、補助電池８０の電圧３．０Ｖから、ダイオード１７の順方向電圧降下０．７Ｖを引いた、約２．３Ｖがリチウムイオンキャパシタ７５に供給される。従って、補助電池８０が健全な間は、リチウムイオンキャパシタ７５の電圧が、素子の使用下限電圧の２．２Ｖを割り込むことはなくなる。
【００４２】
また、ＦＥＴ３０は寄生ダイオード３５を有しているため、ＦＥＴ３０が非導通の時でも、ＦＥＴ３０は、寄生ダイオード３５における順方向に対しては電流を流すことができる。図６は、ＦＥＴが非導通の状態を示す説明図である。下限側切替部２６が非導通の場合は、ＦＥＴ３０は、ソース電極とゲート電極と間の電位差が無くなり、ソース電極からドレイン電極への方向は非導通になる。つまり、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導通する素子になっている。このため、下限側電圧判定部２５からの出力がＬになることにより下限側切替部２６が非導通になった場合は、ＦＥＴ３０のソース電極とゲート電極との間で大きな電位差が生じないため、ＦＥＴ３０は非導通になる。
【００４３】
このようにＦＥＴ３０が非導通になると、ＦＥＴ３０の導通時の電流の流れによる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制御用マイコン部４９とは切り離されるが、このＦＥＴ３０は寄生ダイオード３５を有している。このため、この寄生ダイオード３５における順方向に対しては、電流を流すことができる。具体的には、寄生ダイオード３５は、ドレイン電極側からソース電極側への方向が順方向になっている。従って、非導通時のＦＥＴ３０は、ソース電極側からドレイン電極側の方向には電流を流すことができないが、ドレイン電極側からソース電極側に対しては、寄生ダイオード３５を通じて流すことができる。
【００４４】
即ち、ＦＥＴ３０は、通常の動作を、ドレイン電極とソース電極との接続と遮断とを切り替える開閉スイッチ９３によって示すことができ、寄生ダイオード３５を、開閉スイッチ９３と平行して設けられてドレイン電極側からソース電極側への方向が順方向になるダイオード９４によって示すことができる。このため、ＦＥＴ３０が非導通の状態を開閉スイッチ９３とダイオード９４とによって示すと、開閉スイッチ９３は開き、この開閉スイッチ９３に対して並列に配設されるダイオード９４によってドレイン電極とソース電極とを接続した状態になる。この場合、開閉スイッチ９３を通じて電流を流すことができないため、開閉スイッチ９３はドレイン電極とソース電極とを遮断しているが、ダイオード９４によって、ドレイン電極側からソース電極側へは電流を流すことが可能になる。
【００４５】
従って、ＦＥＴ３０が非導通になった場合、ＦＥＴ３０のソース電極側に接続されているリチウムイオンキャパシタ７５は、リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２側には放電は行わないため、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。一方、ＦＥＴ３０のドレイン電極側に接続されているダイオードブリッジ１０側からリチウムイオンキャパシタ７５に対しては、寄生ダイオード３５を介してドレイン電極側からソース電極側へは電流を流すことが可能になる。これにより、ＦＥＴ３０が非導通の場合でも、発電機６０で発電した電流をリチウムイオンキャパシタ７５で蓄電することができる。このように、ＦＥＴ３０によ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用電圧調整回路５２との遮断時は、ＦＥＴ３０が有する寄生ダイオード３５によって発電機６０で発電した電流をリチウムイオンキャパシタ７５に流して蓄電する。
【００４６】
ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間が非導通の時、補助電池８０から供給される電力により回路が駆動して吐止水弁８５が開弁し、吐水が行われた場合は、発電機６０に出力電圧が発生する。この電圧は整流されて整流ダイオード１２のカソード側に生じ、ＦＥＴ３０内の寄生ダイオード３５（図６中の符号９４）を通過し、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電される。
【００４７】
つまり、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間が非導通の時でも、ドレイン電極からソース電極の間は寄生ダイオード３５を介して導通しており、リチウムイオンキャパシタ７５に対する充電は行われる。ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極への方向が非導通状態で発電機６０からの充電があると、ある時点でリチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧が下限電圧を超えることがある。その場合は、「取り付け完了後の最初の吐水」時と同じ状況が発生し、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間の導通が回復する。
【００４８】
図７は、ＦＥＴが導通している状態を示す説明図である。下限側電圧判定部２５の入力電圧が下限電圧を超えた場合には、下限側切替部２６が導通し、ＦＥＴ３０のゲート電極側をグランドに接続することにより、ＦＥＴ３０のゲート電極側の電圧を低下させる。このため、下限側電圧判定部２５からの出力がＨになることにより下限側切替部２６が導通した場合は、ＦＥＴ３０のソース電極からドレイン電極の間が導通する。このようにＦＥＴ３０が導通すると、ＦＥＴ３０のソース電極側のリチウムイオンキャパシタ７５とドレイン電極側のリチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路５２とが接続され、リチウムイオンキャパシタ７５に蓄電されている電流が回路に供給されることになる。即ち、導通状態のＦＥＴ３０は、閉じている開閉スイッチ９３とダイオード９４とにより示すことができる。この場合、ＦＥＴ３０のドレイン電極側とソース電極側との間は、必要に応じていずれの方向にも電流を流すことができる。
【００４９】
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。また、電圧が低いことによりリチウムイオンキャパシタ７５を回路から遮断する場合でも、リチウムイオンキャパシタ７５の充電を行うことが可能になる。
【００５０】
また、下限側電圧判定部２５からの出力は、電圧下限伝達部２８にも伝達される。この電圧下限伝達部２８も下限側切替部２６と同様に、下限側電圧判定部２５からの出力がＨの場合は導通し、出力がＬの場合は非導通になる。また、下限側切替部２６のドレイン電極側は制御用マイコン部４９に接続され、ソース電極側はグランドに接続されているため、制御用マイコン部４９は、電圧下限伝達部２８との間の電位差によって、下限側電圧判定部２５の出力状態を検出することができる。このため、電圧下限伝達部２８がＯＦＦであることの検出を介して、下限側電圧判定部２５で検出した電圧が２．５Ｖ以下であることを検出することができる。
【００５１】
なお、リチウムイオンキャパシタ７５の電源回路１への接続回復時、より厳密には、
１．下限側電圧判定部２５のＨ判定をする。
２．ＦＥＴ３０が導通する。
３．ＦＥＴ３０の寄生ダイオード３５の電圧降下分、下限側電圧判定部２５の入力が低下する。
４．下限側電圧判定部２５がＬ判定する。
５．ＦＥＴ３０が非導通になる。
６．下限側電圧判定部２５の入力が上昇しＨ判定をする。
ことを繰り返す可能性がある。このため、下限側電圧判定部２５の判定には、ヒステリシスを持たせてある。例えば、下限側電圧判定部２５は、入力電圧が２．６Ｖ以上になった時ＬからＨに判定を移行し、入力電圧が２．４Ｖ以下になった時にＨからＬに移行する。
【００５２】
また、電源回路１は、吐止水弁８５駆動中など、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧に関わらず回路の制御を中断させたくない時は、制御用マイコン部４９によってＦＥＴ３０の導通を維持し、制御動作の信頼性を高める等、種々の制御が可能である。
【００５３】
以上の実施形態に係る発電式水栓の電源回路１は、リチウムイオンキャパシタ７５と制御用マイコン部４９との接続と遮断、即ち、リチウムイオンキャパシタ７５と制御部４０との接続と遮断とを切替える切替手段としてＦＥＴ３０を使用し、ＦＥＴ３０によるリチウムイオンキャパシタ７５と制御部４０との遮断時は、寄生ダイオード３５によって発電機６０で発電した電流をリチウムイオンキャパシタ７５に流して蓄電するため、蓄電を継続する回路を、容易に得ることができる。
【００５４】
図８は、切替手段にＦＥＴを用いない場合の比較例を示す模式図である。この例では、発電機６０からリチウムイオンキャパシタ７５への電流の流れを切り替えるラッチングリレー９６と、このラッチングリレー９６を制御する切替制御用トランジスタ９７とを用いている。この場合、部品点数が増加すると共に、制御部４０によって複数の切替制御用トランジスタ９７を制御して、電流が流れる状態を切り替える必要があるため、回路が煩雑になる。
【００５５】
これに対し、本実施形態に係る電源回路１では、切替手段としてＦＥＴ３０を使用することにより、部品点数を低減させることができると共に、制御部４０で制御することなく、リチウムイオンキャパシタ７５の蓄電電圧に応じて放電を抑えつつ、継続して蓄電することができる。これらの結果、リチウムイオンキャパシタ７５の過放電対策をしつつ、常に蓄電することのできる回路を簡易に得ることができる。
【００５６】
また、リチウムイオンキャパシタ７５は、従来、類似用途に使われてきたＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）と比べて、直列等価抵抗、漏れ電流が共に低いため、大電流蓄放電時の電圧変動が小さいので、蓄電電圧の正確な測定が可能で、過電圧防止回路等への影響を低減できる。また、出力電圧を安定させる目的で設ける大容量電解コンデンサの削減や省略が可能になる。この結果、簡便な回路で発電電力を、有効に使用することができる。
【００５７】
また、リチウムイオンキャパシタ７５を施工現場で接続するため、物流中にリチウムイオンキャパシタ７５が過放電し、使用不能になることを防ぐことができる。この結果、商品の信頼性を高めることができる。
【００５８】
また、リチウムイオンキャパシタ７５の結線に、補助電池用コネクタ８２を介しているため、補助電池８０の取付前は、リチウムイオンキャパシタ７５は回路に接続されないため、不用意な取付によるリチウムイオンキャパシタ７５の放電の機会を少なくすることができる。つまり、リチウムイオンキャパシタ７５が許容下限まで放電しても、電源回路１は補助電池８０により動作するが、その場合は吐水による発電でリチウムイオンキャパシタ７５の蓄電量が回復するまでは補助電池８０が消耗するので、できる限りリチウムイオンキャパシタ７５の不要な放電は避けるのが好ましい。このため、例えば補助電池８０の取付けない等の不用意な取付によるリチウムイオンキャパシタ７５の放電の機会を少なくすることにより、不要な放電は避けることが可能になる。この結果、より確実に商品の信頼性を高めることができる。
【００５９】
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、使用者が異常を知らないまま長期間使用を続け、最終的にごくわずかな放電の継続でリチウムイオンキャパシタ７５が過放電して破損することを防ぐことができる。
【００６０】
なお、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】
【００６１】
１  電源回路
５  電源回路ユニット
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  電圧下限伝達部
３０  ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
３１  ソース電極
３２  ドレイン電極
３３  ゲート電極
３５  寄生ダイオード
４０  制御部
４４  検出センサ
４９  制御用マイコン部
５０  補助電池用電圧調整回路
５２  リチウムイオンキャパシタ用電圧調整回路
５５  吐止水弁制御回路
６０  発電機
６１  発電機用コネクタ
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）
【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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【図７】
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【図８】
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