CN100378388C - 水龙头的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种利用由发电产生的能源控制水龙头的水龙头控制装置，其中所有使用的部件可以长期维持其必要的性能，且直到水龙头装置达到产品寿命后才需要更换电池等部件，从而实现真正的免维修的水龙头控制装置。该水龙头控制装置包括：电容器、将该电容器的电压变换至预定的电压的电压变换装置、利用该电压变换装置的供电所操作的水龙头控制电路、以及利用水龙头控制电路来开关流道的电磁阀，还包括发电装置和一次电池，并利用所述发电装置的输出或所述一次电池对所述电容器充电。

Description

水龙头的控制装置

本申请是申请号为018188893的申请的分案申请。

技术领域

本发明是针对水龙头的控制装置，特别是具备发电功能的控制装置。

背景技术

利用发电功能驱动水龙头的控制装置的目的是在于去除与装置的电源相关的一切工程和/或维修。但是，如果该装置由于使用条件的变更无法工作或需要定期更换部件，就失去提供发电功能的意义。

根据传统技术的相关装置的细节可以见于日本实用新型出版物平成6-37096(1994)，并描述如下：

在一种装置中——其中发电机是利用设置在水龙头的流道的叶轮所驱动的，使得利用此种发电机对蓄电池充电，并利用蓄电池供电到水龙头控制器(控制电路)的——设置干电池，用于蓄电池的充电不足时备用，从而也可以自干电池供电到水龙头控制器。也就是说，干电池的目的是用来防止因发电量不足时造成的动作停止。

根据这样的传统发明，将蓄电池当作控制电路的主电源，而当蓄电池的电压不够时就从干电池供给电源电流到控制电路。但该装置有下列问题：

首先，虽然使用蓄电池为主电源，但是蓄电池和其他的电子部件如阻抗或电容器比较，其可以使用的有效年限较短，也就是说寿命较短。蓄电池符合用于针对便携式机器或电动工具及玩具等耗电量大的场合时干电池的使用不具经济效益的器具上。相反，对于耗电量很小而且需要长期使用的如水龙头装置的机器而言，其本质上并不合理。

蓄电池会因其种类的不同分为恒压充电、低电流充电、温度变动的监控等不同的充电方法，同样地，关于放电也有对其电流值等的限制条件。若不依照该方法和/或条件操作，会形成蓄电池的过充电或过放电，导致性能明显地恶化的倾向发生。

在水龙头放水时利用发电机充电的方法中，因为发电时间短，瞬间产生大量电功率，且无法预测其定时。虽然并无前例可循，但是利用太阳能电池当作发电机使用时，当晴天时大电流会持续流动数小时，并且会持续好几天。同样地，在借助于利用热水和冷水的温度差的热能发电元件发电的情况下，也很难控制发电。

无论是水力发电、太阳能发电、热能发电的任何一种情况，与用户有意使用充电器等将蓄电池充电不同，充电条件会因各种状况而改变。很难满足为避免蓄电池退化而推荐的充电规则，且在这样的情况下无法避免缩短蓄电池的寿命。

如上所述，由于应用了一般认为没有显著长寿命的蓄电池，并且因为根据该应用的可能条件，只可以利用不正确的充电方法充电，可以预测数年后一定会要更换蓄电池。因此，由于在水龙头装置的寿命结束之前就必需更换蓄电池，所以使用蓄电池无法达到免维修的目的。因此，蓄电池的使用可说是错误的选择。

同样，根据现有技术，蓄电池与干电池是以并联的方式连接到控制电路，由蓄电池和干电池中的任何一种或两种供电。根据该传统技术，该方法是利用其中的二极管，根据蓄电池和干电池电压的高低差切换有功功率。但是这会引发下列的问题。

按照可互换方式使用蓄电池要求蓄电池与干电池必须具有相同的性能。水龙头的控制电路的主要的消耗是在于电磁阀的驱动，在使用电池的水龙头装置中，一般而言是使用保持电磁阀的打开状态、与关闭状态的闭锁电磁线圈，但是这种电磁线圈需要瞬间大电流。因此，在传统技术中蓄电池与干电池必须具备提供大电流的能力。

开发了例如具有10年使用寿命的长期耐用干电池用于气体流量计，其中用微小电流以获得长时间使用。由于电池内部的阻抗大，因此不适和提供大电流。如果通过这样的大电流，会导致干电池退化，形成和蓄电池一样仅有数年的寿命，违反了上述免维修的目的。

同时，实际上是很难在蓄电池和干电池之间切换。无论是蓄电池或干电池，当剩余电功率变少时其输出电压都会降低，但其性能也因电池的种类不同而不同。这种性能降低不仅根据剩余功率而变化，还因温度等环境因素而变化，当然这也会因电池的种类而异。

传统的镍镉电池是属于放电特性比较缓和类型的电池，在放电期间几乎保持在1.2V左右，之后电压便急速降低。当蓄电池的电压急速降低时，电池处于接近过放电的状态，电流供应能力也会显著地降低，导致无法驱动控制电路。

因此，必须在蓄电池到达以电压急速降低为特征的过放电之前切换到干电池，但是由于镍镉电池维持一定的电池电压的状态比较久，干电池与蓄电池同时被消耗掉的情况很多。因为干电池还因为电池剩余功率而渐渐地改变电压，因此无法根据设置为某一电压的边界阈值切换，导致无法避免与蓄电池同时被消耗掉的情况。

同时，一旦蓄电池的电压降低时，则必须有相对较大的充电量才能使电压恢复。因此，即使向蓄电池引导发电，干电池的消耗也会继续。此外，由于干电池也用于蓄电池的充电，必须负担蓄电池本身的放电部分和为蓄电池充电时的发热等的损失。因此，干电池的消耗会变得愈来愈多，一旦干电池开始操作，就会因此消耗其大部分的容量，进而缩短干电池的寿命。

利用这样根据传统技术的方式，由于可以自蓄电池与干电池供电到水头龙控制电路，会形成在蓄电池的残存量不够的情况下应该使用的干电池在无法控制的状态下被消耗掉，导致实际上要使用干电池的时候，反而造成其残存量不够的现象。同时，由于无法掌握实际被使用的是蓄电池或是干电池，所以无法预测干电池被消耗的速度，必须提早更换干电池。这也违反所述的利用发电达到电源免维修的目的。

如上所述，利用在通电到控制电路的时候切换蓄电池与干电池的方式，根据实际所用电池的特性，蓄电池和干电池的寿命比正常使用时更早结束，因此无法实现系统免维修的目的。

此外，在其中包括由水轮和发电机的水力发电机作为发电装置的情况下，除了限制免维修要求，还有另外的问题。

作为发电机的公知特性，当从发电机输出电流时，由于该电流的电磁力在阻碍(逆着)发电机旋转的方向上产生扭矩。这意味着安装在发电机上的水轮的旋转被阻碍，水力发电机部分的压力损失增加，从而降低水龙头装置的流速。

发电机的目的是对蓄电装置充电作为水龙头装置的电源，且适当地设定水龙头装置的流速，使其输出充电电流。

但是，当蓄装置所充的电已经满载不需要再充电或禁止充电的状态时，此前作为充电电流所产生的发电机电流没有流通去向。在该情况下，发电机的输出电流为零(0)，水力发电机部分的压力损失减少，而水龙头装置的流量却成比例增加。

这样，在水力发电的情况下，发电机的负载电流依据是否对蓄电装置充电而改变，形成不管用户的想法如何水龙头装置的流量也会产生变化的问题。

例如，在日本实开平2-65046(1990)中，公开了“只有蓄电池未充满电时连接发电机与蓄电池”。该情况下，由于蓄电池达到满充电时发电机失去负载，如所述，当蓄电池的充电结束时水龙头的流量会突然增加。

本发明是为了解决上述课题所提出，本发明的目的是在利用发电产生的能源控制水龙头的水龙头装置中提供一种用于水龙头的控制器装置，其中所使用的全部部件可以在长期间维持其必要的性能，直到水龙头装置的制品寿命结束前都不必更换电池等所有的部件，从而实现真正的免维修的水龙头的控制装置。

此外，本发明的目的是提供用于水龙头的控制器装置，不受蓄电装置的充电状态影响，能够稳定流速，特别是在其中使用水力发电的情况下。

发明内容

为了实现上述目的，根据本发明的技术方案1，提供了一种水龙头控制器装置，包括：电容器、将该电容器的电压变换至预定电压的电压变换装置、利用来自于该电压变换装置的供电而操作的水龙头控制电路、利用该水龙头控制电路来开关流道的电磁阀，还包括：发电装置、一次电池，其中所述电容器是利用所述发电装置的输出或所述一次电池充电，从而避免了使用任何寿命短的部件。

根据技术方案2，如技术方案1中定义的水龙头控制装置还包括控制由所述一次电池对电容器进行充电的充电控制装置，从而防止大电流放电所形成的一次电池的退化。

根据技术方案3，如技术方案2定义的水龙头控制装置，其中所述充电控制装置根据所述电容器的电压来进行控制，从而防止由大电流放电引起的一次电池的退化。

根据技术方案4，如技术方案1至3任一项定义的水龙头控制装置，其中由于所述充电控制装置是具备限制由所述一次电池对所述水龙头控制电路进行供电的功能，因此可以管理一次电池的消耗量。

根据技术方案5，如技术方案1至4任一项定义的水龙头控制装置，其中所述充电控制装置是切换装置，从而实现简单控制。

根据技术方案6，如技术方案1至4任一项定义的水龙头控制装置，其中所述充电控制装置是变阻抗装置，从而实现高精确控制。

根据技术方案7，如技术方案5的水龙头控制装置，其中所述切换装置根据所述水龙头控制电路的负载电流断开所述一次电池与所述电容器之间的连接。

根据技术方案8，如技术方案5定义的水龙头控制装置，其中所述切换装置在所述电压变换装置的输出下降时，断开所述一次电池与所述电容器之间的连接。

根据技术方案9，如技术方案5定义的水龙头控制装置，其中所述切换装置在所述电磁阀的通电后的预定时间内，断开所述一次电池与所述电容器之间的连接。

在技术方案7-9中，可以防止大电流放电所造成的一次电池的退化，和管理一次电池的消耗。

根据技术方案10，如技术方案6定义的水龙头控制装置，其中所述变阻抗装置根据所述水龙头控制电路的负载电流，将所述一次电池与所述电容器之间的连接变成高阻抗。

根据技术方案11，如技术方案6定义的水龙头控制装置，其中所述变阻抗装置在所述电压变换装置的输出下降时，将所述一次电池与所述电容器之间的连接变成高阻抗。

根据技术方案2，如技术方案6定义的水龙头控制装置，其中所述可变阻抗装置在所述电磁阀的通电后的预定时间内，将所述一次电池与所述电容器之间的连接变成高阻抗。

在技术方案10-12中，可以在控制电容器的充电时间至最佳状态的同时，防止大电流放电所造成的一次电池的退化，并管理一次电池的消耗。

根据技术方案13，如技术方案1至12任一项定义的水龙头控制装置，其中所述电压变换装置是切换型电压变换电路，从而无论电容器的电压如何，其电压变换装置的效率良好。

根据技术方案14，如技术方案1至4任一项的水龙头控制装置，其中所述电压变换装置是切换型电压变换电路，且所述充电控制装置为电阻抗，从而避免了由μ计算机等控制充电装置的任何需求。

根据技术方案15，如技术方案5定义的水龙头控制装置，其中所述电压变换装置是切换型电压变换电路，且当所述开关型电压变换电路进行开关动作时，将断开所述一次电池与所述电容器的连接，从而防止大电流放电所造成的一次电池的退化，并可以管理一次电池的消耗。

根据技术方案16，如技术方案6定义的水龙头控制装置，其中所述电压变换装置是切换型电压变换电路，且当所述切换型电压变换电路执行切换操作时，将所述一次电池与所述电容器之间的连接变成高阻抗，从而可以在控制电容器的充电时间至最佳状态的同时，防止大电流放电所造成一次电池的退化，管理一次电池的消耗。

根据技术方案17，如技术方案13至16任一项定义的水龙头控制装置，其中所述电压变换电路是升压电路，所以一次电池的电压低也可以接受。

根据技术方案18，如技术方案6、10-12、17任一项的水龙头控制装置，其中所述变阻抗装置与电阻和切换元件或者串联或者并联，因此利用切换元件的控制可以得到多样的阻抗变换。

根据技术方案19，如技术方案6、10-12、17任一项的水龙头控制装置，其中所述变阻抗装置执行切换元件的ON/OFF控制，因此只要少量的部件即可，其适合于利用μ计算机等控制。

根据技术方案20，如技术方案1至19任一项的水龙头控制装置，还包括当所述电容器电压等于或高于预定电压时用于将所述电容器放电的放电装置，从而避免当发电装置的输出过大时所产生的不良现象。

根据技术方案21，如技术方案20的水龙头控制装置，其中所述放电装置是由电阻与切换元件所构成，使得部件便宜且控制简单。

根据技术方案22，如技术方案20的水龙头控制装置，还包括用于检测水龙头的用户的人体检测装置，其中根据所述电容器的电压控制所述人体检测装置的操作频率，从而避免对放电装置任何附加部件的需求。

根据技术方案23，如技术方案1至22任一项的水龙头控制装置，其中所述发电装置是设置在水龙头装置流道内的水力发电机，从而每次使用水龙头就会执行发电。

根据技术方案24，如技术方案1至22任一项的水龙头控制装置，其中所述发电装置是设置在水龙头的本体上或附近的太阳能电池，从而只要光线照在太阳能电池上就可以发电。

根据技术方案25，如技术方案1至22任一项的水龙头控制装置，其中所述发电装置是以热的方式连接在水龙头装置的流道上的热能发电元件，从而每次使用水龙头就会执行发电，且因为无可动机械部件，其耐久性好。

根据技术方案26，如技术方案1至22任一项的水龙头控制装置，其中所述发电装置是设置在水龙头装置的流道的水力发电机、设置在水龙头装置的本体上或附近的太阳能电池、或以热的方式连接在水龙头装置的流道上的热能发电元件中的至少两种的组合，从而可以根据使用该装置的条件灵活构造和设定。

根据技术方案27，如技术方案23至26任一项的水龙头控制装置，其中所述发电装置构成为可以与另一个发电装置更换，使得在安装好水龙头装置之后也可以依情况予以更换。

根据技术方案28，如技术方案23至27任一项的水龙头控制装置，其中在所述发电装置的输出提供输出电压限制电路，从而当组合发电装置时可以提高可靠性。

根据技术方案29，如技术方案23的水龙头控制装置，还包括电力消耗电路，和连接所述电容器或电力消耗电路至发电机输出的交换装置，从而稳定水龙头的流速。

根据技术方案30，如技术方案29的水龙头控制装置，其中所述交换装置根据所述电容器的充电电压被控制，从而除了水龙头装置的流量稳定外，也可以对电容器进行充电控制。

根据技术方案31，提供了一种水龙头控制装置，包括：设置于水龙头的流道上的水力发电机；被该发电机充电的蓄电装置；由来自所述蓄电装置的供电操作的水龙头控制电路；和利用该水龙头控制电路打开或关闭流道的电磁阀，还包括电力消耗电路，以及将该电力消耗电路或所述蓄电装置连接到所述发电机输出的交换装置，从而发电机的输出电流不会被中断，水龙头的流速得以稳定。

根据技术方案32，如技术方案31的水龙头控制装置，其中所述交换装置根据所述蓄电装置的充电电压执行控制，从而除了水龙头装置的流量稳定外，也可以对蓄电装置充电控制。

此外，本发明还包括以下技术方案：

一种水龙头的控制装置，包括：设置于水龙头的流道上的水力发电机、被该发电机充电的电容器、将该电容器的电压变换至预定电压的电压变换装置、利用来自于该电压变换装置的供电而操作的水龙头控制电路、以及利用该水龙头控制电路来开关流道的电磁阀，其特征在于：

还包括：电力消耗电路；以及将所述电容器或电力消耗电路连接到所述发电机输出上的交换装置。

附图说明

图1是根据本发明的第一到第三实施例的电路图；

图2是表示根据本发明的第一到第三实施例的主程序的流程图；

图3是根据本发明的第1至第3及第5实施例的打开通电的流程图；

图4是根据本发明的第1至第3及第5实施例的关闭通电的流程图；

图5是表示根据本发明的第一实施例中充电控制步骤的流程图；

图6是表示根据本发明的第一实施例的操作的时序图；

图7是表示根据本发明的第二实施例中充电控制步骤的流程图；

图8是表示根据本发明的第三和第五实施例中充电控制步骤的流程图；

图9是根据本发明的第四实施例的电路图；

图10是表示根据本发明的第四实施例的操作的时序图；

图11是根据本发明的第五实施例的电路图；

图12是表示根据本发明的第五实施例的主程序步骤的流程图；

图13是根据本发明的第六实施例的电路图；

图14是根据本发明的第七实施例的电路图；

图15是根据本发明的第八实施例的电路图；和

图16是根据本发明的第九实施例的电路图。

具体实施方式

为了更好理解本发明，下面进行详细解释。

〔实施例1〕

图1是说明本发明的第一实施例的电路图。

在图1中，标号1表示微计算机(μ计算机)，其包括控制水龙头装置的水龙头控制电路，2是检测水龙头装置的用户的人体检测电路，3是打开和/或关闭水龙头装置的水道的电磁阀的电磁线圈，4是通电到电磁线圈3的电磁线圈通电电路。

微计算机1、人体检测电路2、电磁线圈通电电路4，是关于水龙头装置控制的部分，它们一起构成水龙头控制电路。

假设水龙头装置为自动洗手盆，人体检测电路2是检测手接近的传感器。μ计算机1通过端口PO3执行检测操作，并将检测结果输出至端口PI1。人体检测电路2并非一定是传感器。只是水龙头装置的控制条件，它可以是手动的操作开关或计时器。

电磁线圈3是除了执行电磁阀的开/关动作以外不消耗电流的所谓闭锁型电磁线圈。电磁线圈通电电路4是根据电磁阀的开/关动作以正/反方向向电磁线圈3通电的H电桥电路。当μ计算机1的端口PO1为Hi时执行打开的通电，当端口PO2为Hi时执行关闭的通电。此外，注意到与μ计算机1、人体检测电路2的通电电流相比，电磁线圈通电电路4的通电电流可能是压倒性的大。

如图1所示，标号5表示电容器。标号6表示电压变换电路。电容5和电压变换电路构成水龙头控制电路的电源。电压变换电路6是降压型恒压电路，其不仅可以如第1图所示构造，也可由三端调节器IC与平滑电容器构成。

标号7是安装于设置在水道上的水轮的发电机，其输出用于经全波整流器8整流后，经由二极管2向电容器5充电。恒压二极管9是为了确保全波整流器8的输出不超过电容器5的最大额定电压所装设的保护元件，二极管2防止由于通过恒压二极管9的泄漏电流导致电容器5的放电。

标号10是一次电池，经由电阻11，晶体管13，二极管12将电容器5充电。晶体管13通过μ计算机1的端口PO4被切换到ON/OFF，更具体地，当PO4处于Lo时晶体管13被切换为ON。二极管12防止一次电池10的反向充电。

此外，假设还作为水龙头控制电路的电源的电压变换电路6的输出电压为VDD，电容器5的电压为VC，VDD与VC分别被输入到μ计算机1的A/D变换端口AD1和AD2。结果，μ计算机1可以确定各个电压值。

图2是水龙头装置的主电路的流程图。

该程序周期性地操作人体检测电路2，以便当检测到人体时驱动电磁线圈3放水。这是自动洗手盆公知的一种操作。

在图2中主程序的程序步骤S001(以下称为S001)中操作人体检测电路2，当检测到人体时进到打开电磁阀通电的S003和S004，若没有检测到人体时进到关闭电磁阀通电的S005和S006。

接着在S007执行属于电容器5的充电控制的μ计算机1的PO4控制子程序，在S008等待1秒钟后回到S001，从而构成环。

图3和图4分别表示S004的打开通电与S006的关闭通电的子程序的流程图，而以图5表示S007的PO4控制子程序的流程图。

图中3，于S301令PO4为Hi，从而关掉晶体管用以停止来自一次电池10的供电。于S302令PO1为Hi，从而将电磁线圈3朝开的方向通电。在S303等20毫秒后，在S304令PO1为Lo以结束通电。在于S305使PO4回到Lo，然后回到主程序。

与图3的流程图相比，图4中控制进入电磁线圈的通电的端口从PO1变为PO2。

图5中，于S501首先对作为电压变换电路6的输出电压和水龙头控制电路的电源电压的VDD进行A/D变换。于S502判断VDD是否为电压变换电路6的设定电压(即：使输出稳定的恒压值)，即电压变换电路6的输出是否由于瞬间的负载电流增加等比原来设定的数值低。这是因为在电压变换电路6中使用的每个电路元件，如晶体管或三端调节器等都有其极限能力，且一定会因为负载电流发生变动。

当水龙头控制电路的负载电流突然增加时，VDD无法达到设定电压。此时，于S505令PO4为Hi，关掉晶体管13以防止一次电池10到水龙头控制电路，特别是到电磁线圈通电电路4的电源供应。

于S502当VDD为设定电压时，于S503对电容器5的电压VC进行A/D变换。于S504，判断VC是否够大，即判断VC是否大于“加1V(电压变换电路6中的电压下降部分)到VDD的设定数值”，当VC较大时，由于不需对电容器5充电，所以于S505关闭晶体管13，当VC较低时，于S506打开晶体管13。接着流程从S507回到主程序。

图6是表示第1实施例的操作的时序图。在时间T1(以下称T1)之前，由于VC低，晶体管13被打开，形成与一次电池10的输出电压几乎等值。在T1，当检测到人体时执行打开电磁线圈3的通电。但晶体管13被图3所示流程图的功能关闭，一次电池10中不发生放电。

此外，由于负载电流突然增加导致VDD降低，即使打开通电结束后也可以利用S502的判断关闭晶体管13，从而防止来自一次电池10的电流供应。当开始放水时发电机7便开始发电，从而VC上升。由于VDD回到设定值，所以在T2晶体管13被打开一次。但是在T3，因为VC会超过(VDD设定电压+1V)，其被关闭。在此一状态下，由于电容器5使得水龙头控制电路保持在可以操作的状态，从而可以完全防止一次电池10放电。

当在T4没有检测到人体时，执行关闭通电。但是，即使此时也不会从一次电池10供电。当放水结束时，由于μ计算机1、人体检测电路2等的微小消耗或电容器5的漏电电流等，VC会慢慢降低。μ计算机1检测VC的降低，打开晶体管13，且利用一次电池10保持电容器5的电压。由于电流微弱，不会对电阻11产生明显影响。

如此，由于每次发生大电流负载时会关闭晶体管13，不会发生一次电池10释放出大电流的情况。同时，即使晶体管13打开时，设置在电容器5的充电电路中的电阻11也会适度地限制一次电池10的输出电流。具体地，即使晶体管13的控制发生瞬间延迟等误动作，电阻11也会缓解一次电池10的大电流放电。

同时，电容器5的电压至少会保持和一次电池10的电压几乎同值。当发电时，其与蓄电池不同，电压会立即上升。具体地，当开始发电时，立即停止一次电池的消耗。在现有技术蓄电池的情况下，不可能在开始发电的同时升高电池电压，也不可能在开始发电的同时停止一次电池的消耗。

从本实施例中的上述操作，可以获得以下效果：

(1)因为无需一次电池10供应大电流，故即使无法供应大电流的型式的电池也可以使用。具体地，可以使用如针对气体流量计等开发的可以维持10年左右寿命的一次电池。

(2)由于开始发电时会立即停止一次电池的消耗，可以正确地预测一次电池的最大消耗量为“不发电期间的消耗量”。因此，可以根据全容量计算一次电池的最短寿命，且只要选择具有必要容量的一次电池就可以保证其寿命。

(3)与蓄电池不同，电容器的充放电次数基本没有限制。在使用容量1F左右的大容量的电容器的情况下，一天充放电一次即可。即使假设寿命为10年，充放电次数大约3650次。对于电容器的部件寿命是绝对没有问题。因此，与传统的蓄电器不同，数年内也不必更换。

(4)因为电容器的充电只需要施加电压，不需要像蓄电池那样的充电控制。如图1所示，只要控制发电输出等于或小于电容器5的耐压即可，不会如传统的蓄电池一样因过充电而造成退化。

(5)因为当电容器5的电压超过(VDD设定电压+1V)时会停止充电，即使在使用高电压的电池作为一次电池10，对电容器5的充电也不会造成问题。

(6)电容器5上的电压根据充/放电而变化。但是由于提供了电压变换电路6，电容器5的电压上升不会影响到水龙头控制电路。

如上所述，在电容器和一次电池中使用了本质上具有长寿命的部件，不会产生由操作条件引起的品质退化。此外，不需要时不会消耗一次电池。这样可以保证一次电池的寿命，从而实现不需更换部件和电池的完全免维修的水龙头装置。

电容器5的充电电路由电阻11和晶体管13的串联电路构成。但只要调整晶体管13的导通阻抗值就可以不需要电阻11。通过选择导通阻抗大的晶体管作为晶体管13，调整门信号电压，及执行闸信号的斩波控制等，可以取消电阻11。同时，使用齐纳二极管9限制发电输出电压。但是也可以用电阻或恒压IC代替。

(实施例2)

接着说明第2实施例。如第7图所示，其与第1实施例不同之处在于PO4控制的流程图。

图7中，与图5具有相同作用的步骤用相同的步骤编号。在S502，当VDD没有达到设定电压时，于S705对PO4执行斩波控制，利用10％的占空比将其降低到Lo。于S705，由于晶体管13被打开的时间比例小，晶体管13的阻抗高。因此不会自一次电池流出大电流。但是当VC显著降低时会有充电电流。

当VDD达到设定值时，流程进入S504，且当VC高于(VDD设定电压+1V)时在S707执行斩波控制，利用50％的占空率将PO4降低到Lo，从而产生中等程度的阻抗。因为VC高，无需充电。但是，如果VC突然降低，PO4控制无法对齐快速响应，则可以在一定程度上进行充电。

在S504，如果VC小于(VDD设定电压+1V)，则于S706将晶体管13完全打开，从而形成低阻抗。充电时间常数小，且即使电压差小也可以充电。

这样，不将一次电池10与电容器5的连接做成简单的ON/OFF控制，而是做成阻抗(ON阻抗)可以控制的方式，就可以任意地控制电容器5的充电电路的时间常数。借此，可以在不使一次电池退化的电流范围内，以最短的时间对电容器充电。

例如，通常保持阻抗为低，使其充电的响应特性好。如果电路的负载电流增加，由于电容器的电压高而无需充电，则提升阻抗以限制充电电流。在传统技术的情况下，由于蓄电池的充电电流被限定在适当范围内，则不可能以这种方式在如此广范围内控制来自一次电池的充电电流。

作为调整充电控制装置阻抗的方法，可以使用各种类型。例如，变更图7的晶体管的ON占空比的方法，通过将阻抗与晶体管并联或串联组合的方法等，都可以使用。

(实施例3)

接着说明第3实施例。如图8所示，其与第1实施例不同之处在于PO4控制的流程图部分。

图8中，于S801判断电磁线圈3打开通电后是否在1秒之内。从打开通电1秒之内是指大负载电流刚流过水龙头控制电路，因此可以预测VDD此时是暂时下降。此时，由于电流可能由一次电池10供应，因此于S803关闭晶体管13。以同样的方式，在S802，如果从关闭通电在1秒之内，则关闭晶体管13。除此之外，于S804打开晶体管13。

利用第3实施例，只要利用μ计算机1的计时器就可以对电容器5充电控制，且不需要A/D变换。因此，可以简单地执行控制。还可以与第1实施例的每个电压条件组合来操作。此外，还可以使用一种方法，其中通过与第2实施例所示的晶体管13的截波控制组合在一起，从电磁线圈3的通电后1秒钟内提高阻抗。可选地，亦可使用根据从电磁线圈的通电后所经过的时间逐渐提高晶体管13的ON占空比的方法。

(实施例4)

图9是第4实施例的电路图。其与第1实施例不同之处在于电压变换电路的构造，且没有晶体管13和用于控制的PO4，也不提供VC的A/D变换端子。动作流程图与第1实施例中的相同，但去除PO4控制。

图9中的电压变换电路61是开关型升压电路。通过使用这样的升压IC用于开关的自动开/关的专门用途，使输出电压恒定，便可以容易地获得低消耗高精度的电路。

图10是其操作例的时序图。在T1检测出人体时执行打开电磁线圈3的通电。此时，由于打开通电，电压变换电路61的输出电压VDD会下降。当VDD下降时，电压变换电路61利用升压IC开始切换动作，VDD上升。

在该操作过程中，作为切换操作的电源，电容器5中的电荷会被消耗。但是一次电池10中没有消耗。开关型的升压电路需要瞬间的大脉冲电流。电阻11限制一次电池10的输出电流。切换操作的电源只是具有低阻抗的电容器5。一次电源10几乎不提供也不会被消耗。

如果T5以后VDD下降，电压变换电路61间歇性地执行短周期的切换动作，从而维持VDD于设定值。此时也只有电容器5为电源。

本实施例可以获得下列效果。

(1)由于负载是切换型，只要电阻11就可以控制一次电池的消耗。因此，充电控制电路及其控制方法简单。

(2)由于电压变换电路61是切换型，其从VC到VDD的变换效率良好。图1的电压变换电路6由于构造简单，其价格便宜，但电压的压降部分引起损耗。利用图9的切换型的电路，可以不受电压的限制而维持几乎恒定的效率。同时，不仅利用升压型，用降压型切换电路也可以获得同样的效果。

(3)利用升压，可以增加作为电源的电容器5的电压范围。例如，一次电池10为1.5V，电容器5的最低电压为1.0V，VDD为5.0V的条件就可以。电容器5的可用电压范围愈广，来自一次电池10的充电就可以愈少。

(4)由于电压变换电路61是升压型，VDD可以低于VC，也可以使用低电压的一次电池10。这样可以减少一次电池10的电池数量，或者使用耐压低的部件作为电容器5，这有助于水龙头装置的小型化和/或低价格化。

(实施例5)

图11是第5实施例的电路图。与图9比较，图11中还提供晶体管13，其由端口PO4控制。此外，电阻14和晶体管15构成电容器5的放电电路，其通过μ计算机1的端口PO5控制。同时，电容器5的电压VC是被输入到μ计算机1的A/D变换输入端口AD2。

图12示出第5实施例的主流程图。打开通电与关闭通电的流程图分别如第3图与第4图所示相同。端口PO4控制的流程图如图8所示相同。首先，说明图12所示流程图。

图12中，与第2图具备相同作用的步骤用相同的步骤编号。在图12的S007之后，对电容器5的电压进行A/D变换。在S111，判断VC是否等于或大于电容器的耐压，即，可以施加作为分量的电压。若VC在耐电压以下，在S112使PO5为Lo，从而关闭晶体管15。流程进入S008。以后的步骤与图2一样。

在S111中，如果VC等于或大于电容器5的耐压，使PO5为Hi，从而在S113打开晶体管15。通过电阻14使电容器5放电。而且，在S114等待诸如0.1秒钟的短暂时间后，流程回到S001。

同时，图8所示PO4的控制与第3实施例中解释的一样。在电压变换电路61处于负载最大的状态下，电磁线圈3通电后，关闭晶体管13一秒钟。

本实施列可获得下列效果：

(1)电容器5的电压使用齐纳二极管9被限制。但是这种元件从电源观点看有其局限性。否则，可以使用三端调节器等的恒压输出电路。但是，如果发电装置的输出电压过高，可能会超过电压限制装置的耐压。不限于水力发电的发电装置在输出电流大的情况下输出电压有下降的倾向。如果通过电阻14和晶体管15使电容器5放电，即可得到抑制发电装置的输出电压的效果。结果，可以防止直接连接到发电装置的部件受到高电压所造成的破坏。

(2)在图12的S114中将计时器做成0.1秒的短时间，可以提高图12的主程序的循环速度。包含S001中的人体检测电路A/D变换等的μ计算机1的消耗增加，且具有促进电容器5放电的效果。在发电装置的能力比较小的情况下，只要通过改变μ计算机1的操作，如增加增加消耗多的电路部分的操作次数等，便可以防止电容器5的电压上升。

(3)电磁线圈3通电后VDD立即下降，但电压变换电路61连续执行切换操作。此时，即使局部地消耗一次电池10，也不可能准确计算一次电池10的消耗。特别是因为电阻11判断决定电容器5的充电时间常数，所以无法无条件地使电阻11具有高阻值。但是，本实施例中，由于当负载电流在最大范围时被晶体管13切断，可以决定电阻11数值为在最恶劣的条件下的电容器5的充电时间常数。

PO4控制可以如图5、图7所示的方式执行。同时，如果将电压变换电路61的切换波形输入μ计算机1的端口，就可以直接判断切换动作是否被执行。因此，μ计算机1可以通过自身检测切换操作来关闭晶体管13或者使晶体管13具有高阻抗。

通过使用能够利用外部信号设定切换操动作作/不动作的升压IC，还可以利用μ计算机1将切换操作与晶体管13的ON/OFF控制同步。

(实施例6)

图13示出第6实施例。与图11比较，图13中取消了晶体管13，但添加了太阳能电池20和热能发电元件21。

太阳能电池20被设置在水龙头装置的上方等照明条件良好的地方，并通过二极管22对电容器5充电。因为太阳能电池的最大输出电压有限，所以不会产生足以破坏一般的电气部件的电力。因此，只要有电容器5的充电装置，就可考虑不需装设输出电压限制电路。

标号21指热能发电元件，在安装在使用热水和冷水的水龙头装置的管道上的情况下，其具备充分的发电能力。利用齐纳二极管24限制最大输出电压，即可通过二极管23对电容器5充电。

标号25至28表示可拆装的连接。提供这样的连接是为了将发电机7、太阳能电池20、热能发电元件21等发电装置与一次电池10连接到电容器5。

说明关于图13的各部分的功能。第5实施例中已经解释了由电阻14和晶体管15构成的放电电路的操作。但是，如果如图13所示连接多个发电装置，则放电电路的效果会更好。利用该放电电路，电容器5会经常保持在适当的负载，从而可以抑制电容器5上的电压及所有发电装置的输出电压。基本上，必须管理使每个发电装置的最大输出电压小于等于预定电压。但是，利用电容器5的放电电路，安全性提高。

在图13所示结构中，同时使用相互不同的发电装置，如发电机7、太阳能电池20和热能发电元件21。由于这些发电装置拥有各自完全不同的发电特性，不可能将充电控制在任意条件下。

但是，根据本发明，由于使用电容器5当作充电装置，因此即使利用如水力发电等情况下的大电流充电也不会造成性能退化，且仍然可能在如太阳能电池等的情况下用微小电流充电。而且电压的对应范围也很广范，即使组合不同的发电装置也不会有问题。

在如传统技术中使用蓄电池的情况下，由于无法满足蓄电池的推荐充电条件，可以预料这样的情况，不仅蓄电池会退化，甚至无法满意地充电。因此，在根据传统技术的蓄电池的情况下，不可能组合相互不同的发电装置。

而且，在图13中，从接头25至28的部分起在电容器5侧提供的电路都是同样的构造。由于电容器5可以对应各种充电条件，因此只要适当安排发电装置或一次电池的极性，即可自由地连接、拆卸、更换。

根据水龙头装置的使用环境和/或频率，可以组合水力发电和太阳能电池。此外，在包括装置被设置之后或使用中的任何时间，可以改变技术条件，如只使用多个水力发电、更换发电装置、将一次电池用电压不同的装置代替、使用多个一次电池以提高备份能力等。原来，在发电量不够的时候使用一次电池，是因为无法知道发电能力与使用频率。因此，可以根据条件改变发电装置将非常有利。

(实施例7)

图14示出第7实施例。本实施例与第5实施例的不同在于：

用反相器31取代图11所示的晶体管13。反相器31与图11所示晶体管13具有相同的功能。但是，将一次电池10的输出连接到反相器31的电源端子使得当安装有电池时作用在元件上的压力比晶体管13的情况小。因此，作为电容器5的充电控制装置，较容易管理。

图14中，没有提供由图11的电阻14和晶体管15所构成的电容器5的放电电路。因此，电容器5的电压不会被输入到μ计算机1。此外，在全波整流器8的输出，连接包括电阻32、晶体管33、齐纳二极管9的电力消耗电路。在功能上而言，其与图11的齐纳二极管9的电压限制电路相等，但是在有效消耗发电机7的输出方面是不同的。

实施例7中的电力消耗电路用于解决由于发电机的负载电流变化而造成的水龙头装置流速波动问题。

通常，发电机7处于为电容器5传到充电电流的状态。在该状态下设定水龙头装置的流速为适当的量。但是，在电容器5被充满电而不需要充电电流，或禁止充电的状态下，发电机7的输出电流就没有流出去向。例如，使用恒压IC作为发电装置的输出电压限制电路的情况。

可以利用任何方式停止对电容器的充电，发电机的输出电流变为零，水力发电机部分的压力损失会减少，且水龙头装置中的流速增加。如此，在水力发电的情况下，根据蓄电装置的充电状态改变发电机的负载电流，水龙头装置的流速产生波动，而不考虑用户的意图。

在实施例7中，充电过程中电容器5的输入电阻小。负载几乎可以看成恒压。全波整流器8的输出电压值通过将二极管2的正向电压加在电容器5的电压上获得，因此，发电机的负载电流稳定。当电容器5的充电上升到期望电压时，齐纳二极管9、电阻32和晶体管33所构成的电能消耗电路连续执行对发电机的输出电流的消耗，而不是电容器5的充电电流。

从发电机来看，如果电压等于或小于齐纳二极管9的打开电压，则电容器5是负载，如果电压高于打开电压，则电阻32是负载。因此输出电流经常流动。因此，在发电机中持续产生扭矩，而水龙头装置的流速从来不会波动。

电力消耗电路具有限制电容器5的电压的效果，也作为输出电压限制电路。通过抑制输出电压，作用于全波整流器8的二极管上的反向电压也受到限制。因此，在全波整流器8内可以使用耐压比较低的部件。特别地，由于耗损小的肖特基二极管大部分耐压低，因此可以使用这样的二极管，其有助于改善装置的效率。

(实施例8)

同时，这样的电力消耗电路的应用不限于如图14所示将电容器当作蓄电装置的情况，在通过水力发电执行蓄电的所有的水龙头装置中都有效。图15示出使用二次电池作为蓄电装置的例子。

由于二次电池在过充电时会退化，所以必须在充满电的时刻停止充电。最简单的充电方法是恒压充电方法，如图15所示的结构可以使用。

电压检测IC 34检测表示二次电池35充电完成电压。当二次电池35处于充满电的状态时，电压检测IC 34便打开晶体管33使电阻32成为发电机7的负载。使电阻32的阻抗小于二次电池35的阻抗，则全波整流器8的输出电压下降，从而二次电池35的充电将停止。

电阻32是取代二次电池35的负载，且从发电机7连续地吸收电流。因此，以实施例7中同样的方式，水龙头装置的流速不会突然变化。

(实施例9)

图15中，利用电压检测IC 34判断二次电池35的充电状态，从而仅根据电压的高低直接执行切换。但也可以使用μ计算机1的A/D变换功能，根据二次电池35的充电特性判断，从而使用μ计算机1的端口控制晶体管33。这样的电路如图16所示。

如图16所示，可以通过μ计算机1选择二次电池5或电阻32之中的任何一项作为发电机7的负载。例如，关于反复轻微充放电时表现记忆效应的镍镉电池，最好在充分放电后再充电。即使在这种情况下，也可以根据μ计算机1的程序任意地对二次电池35充电或停止充电，而不会改变水龙头装置的流速。

〔发明的效果〕

如上所述，根据本发明的结构，可以提供一种利用由发电产生的能源控制水龙头的水龙头装置，其中所有使用的部件都可以长期维持必要的性能。因此，直到水龙头装置达到产品寿命，才需要更换电池等部件，从而实现水龙头装置真正免维修的目标。

而且，由于提供连续从发电机吸收输出电流的电力消耗电路，流速不会因为蓄电装置的充电状态而有所波动。

Claims (5)

1.一种水龙头的控制装置，包括：设置于水龙头的流道上的水力发电机、被该发电机充电的电容器、将该电容器的电压变换至预定电压的电压变换装置、利用来自于该电压变换装置的供电而操作的水龙头控制电路、以及利用该水龙头控制电路来开关流道的电磁阀，其特征在于：

还包括：电力消耗电路；以及将所述电容器或电力消耗电路连接到所述发电机输出上的交换装置。

2.如权利要求1的水龙头的控制装置，其特征在于：所述交换装置根据所述电容器的充电电压执行控制。

3.一种水龙头的控制装置，包括：设置于水龙头的流道上的水力发电机、被该发电机充电的蓄电装置、由来自该蓄电装置的供电操作的水龙头控制电路、以及利用该水龙头控制电路开关流道的电磁阀，其特征在于：

还包括：电力消耗电路；以及将该电力消耗电路或所述蓄电装置连接到所述发电机输出上的交换装置。

4.如权利要求3的水龙头的控制装置，其特征在于：所述交换装置根据所述蓄电装置的充电电压执行控制。

5.如权利要求2或4的水龙头的控制装置，其特征在于：所述电力消耗电路的负载是电阻，所述交换装置具备检测二次电池的充电电压的充电电压检测装置，当该二次电池处于充满电的状态时，将作为所述负载的电阻连接到所述发电机输出上。

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