JP2011089551A - Valve device and method for driving the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブ装置およびその駆動方法に係わり、例えば、ラッチング式ソレノイドバルブおよびその駆動方法に関する。 The present invention relates to a valve device and a driving method thereof, for example, a latching solenoid valve and a driving method thereof.
ラッチング式ソレノイドバルブ(以下、単にバルブともいう)は、従来から水やガスなどの流体の経路を開閉するために用いられており、ソレノイドコイルへの通電によりプランジャを移動させて流路の開/閉状態を切替える。流路の開状態または閉状態を維持しているときには、バルブは、電力を用いず、永久磁石の磁力またはバネの弾性力を利用してプランジャを保持する。一方、開状態と閉状態との切替え時には、バルブは、電力を用いてプランジャを移動させる。よって、ラッチング式ソレノイドバルブは、開/閉状態の切替え時に最も大きな電力を消費する。 A latching solenoid valve (hereinafter also simply referred to as a valve) is conventionally used to open and close a fluid path such as water or gas, and a solenoid is moved by energizing the solenoid coil to open / close the flow path. Switch the closed state. When maintaining the open state or the closed state of the flow path, the valve holds the plunger by using the magnetic force of the permanent magnet or the elastic force of the spring without using electric power. On the other hand, when switching between the open state and the closed state, the valve moves the plunger using electric power. Therefore, the latching solenoid valve consumes the largest amount of power when switching between the open and closed states.
このようなバルブの電源として、水力発電機または電池を用いることが考えられている。水力発電機または電池は、AC電源と異なり電源配線工事を必要としない点で有利である。水力発電機を電源として用いた場合、その出力に蓄電コンデンサを接続する。しかし、蓄電コンデンサの出力電圧は、蓄電コンデンサに蓄積された電荷量によって変化してしまう。また、電池を電源として用いた場合、バルブ装置の小型化のため、並びに、電池交換の手間および費用の軽減のために電池の本数が制限される。この場合、電源の電力が制限されることになる。従って、水力発電機または電池を電源として用いた場合、安定した電力を効率的に供給するためにスイッチングレギュレータ式DC−DCコンバータ(以下、単に昇圧回路ともいう)が必要となる。なお、この種の昇圧回路は、スイッチング動作のDUTYに応じて、出力能力や効率が変化する。 As a power source for such a valve, it is considered to use a hydroelectric generator or a battery. A hydroelectric generator or battery is advantageous in that it does not require power wiring work unlike an AC power source. When a hydroelectric generator is used as a power source, a storage capacitor is connected to the output. However, the output voltage of the storage capacitor changes depending on the amount of charge accumulated in the storage capacitor. Further, when a battery is used as a power source, the number of batteries is limited to reduce the size of the valve device and to reduce the labor and cost of battery replacement. In this case, the power of the power source is limited. Therefore, when a hydroelectric generator or a battery is used as a power source, a switching regulator type DC-DC converter (hereinafter also simply referred to as a booster circuit) is required to efficiently supply stable power. Note that this type of booster circuit varies in output capability and efficiency in accordance with the DUTY of the switching operation.
昇圧回路がソレノイドコイルへの通電時における大きな電流を直接出力するためには、昇圧回路の構成要素を全て大型化(大容量化)させなければならない。そこで、昇圧回路全体を小型化するために、昇圧回路の出力に電解コンデンサを設けている。この電解コンデンサは、昇圧回路からの出力された電流を蓄積し、通電時に電流をソレノイドコイルへ供給する。電解コンデンサを設けることによって、昇圧回路は、大電流を直接出力する必要がなく、長時間をかけて少ない消費電流で電解コンデンサを充電することができると考えられていた。つまり、昇圧回路は効率よく電解コンデンサを充電することができると考えられていた。 In order for the booster circuit to directly output a large current when the solenoid coil is energized, all the components of the booster circuit must be increased in size (capacity increased). Therefore, in order to reduce the size of the entire booster circuit, an electrolytic capacitor is provided at the output of the booster circuit. This electrolytic capacitor accumulates the current output from the booster circuit and supplies the current to the solenoid coil when energized. By providing the electrolytic capacitor, it has been considered that the booster circuit does not need to directly output a large current and can charge the electrolytic capacitor with a small current consumption over a long period of time. That is, it has been thought that the booster circuit can efficiently charge the electrolytic capacitor.
しかしながら、実際には、ソレノイドコイルへの通電によって電解コンデンサの電圧が降下すると、DUTY制御機能を持つ昇圧回路は、高DUTYで電解コンデンサを充電しようとする。DUTYが高いと、昇圧回路の出力能力は高くなるが、電流損失が多くなり、効率は悪化してしまう。 However, in actuality, when the voltage of the electrolytic capacitor drops due to energization of the solenoid coil, the booster circuit having the DUTY control function tries to charge the electrolytic capacitor with high DUTY. When the DUTY is high, the output capability of the booster circuit is increased, but the current loss is increased and the efficiency is deteriorated.
一方、昇圧回路のDUTYを低い状態で固定した場合、昇圧回路の出力能力も固定となり、電界コンデンサを充電するために長時間かかる。この場合、次のバルブの動作までに必要な所要時間が長くなり、バルブの動作性能(反応速度)が低下する。即ち、バルブの吐水/止水の動作が遅れるおそれがある。 On the other hand, when the DUTY of the booster circuit is fixed in a low state, the output capability of the booster circuit is also fixed, and it takes a long time to charge the electric field capacitor. In this case, the time required for the next valve operation becomes longer, and the operation performance (reaction speed) of the valve is lowered. That is, there is a possibility that the valve water discharge / water stop operation is delayed.
また、通常、昇圧回路の出力には、バルブの切替えの他に負荷電流を必要とするマイコンやセンサ等の要素もある。これらの要素に必要な負荷電流は、バルブ装置の仕様および動作状態によって様々であり、予測することは困難である。従って、DUTYを低い状態で固定すると、負荷電流が予想以上に大きくなった場合に、昇圧回路の電圧が過剰に低下して、システムリセットに陥るおそれがある。 Usually, the output of the booster circuit includes elements such as a microcomputer and a sensor that require a load current in addition to the switching of the valves. The load current required for these elements varies depending on the specifications and operating conditions of the valve device, and is difficult to predict. Therefore, if DUTY is fixed in a low state, when the load current becomes larger than expected, the voltage of the booster circuit may be excessively reduced, resulting in a system reset.
さらに、昇圧回路の電流駆動能力は、昇圧回路の入力電圧に依存する。電池の消耗あるいは蓄電不足等により昇圧回路の入力電圧が低くなった場合、本来であれば、DUTYを上げることによって、昇圧回路は所定の電流駆動能力を確保する。しかし、DUTYが低く固定されている場合、入力電圧の低下に伴い昇圧回路の電流駆動能力も低下してしまう。従って、高効率を目的としてDUTYを低く固定することは危険である。 Furthermore, the current drive capability of the booster circuit depends on the input voltage of the booster circuit. When the input voltage of the booster circuit becomes low due to battery exhaustion or insufficient power storage, the booster circuit originally secures a predetermined current driving capability by increasing DUTY. However, when DUTY is fixed low, the current drive capability of the booster circuit also decreases as the input voltage decreases. Therefore, it is dangerous to fix DUTY low for the purpose of high efficiency.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、バルブの反応速度に悪影響を与えることなく、昇圧回路が効率よく昇圧動作を行うことができるバルブ装置およびその駆動方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a valve device in which a booster circuit can efficiently perform a boosting operation without adversely affecting the reaction speed of the valve, and its It is to provide a driving method.
請求項1に係るバルブ装置は、ソレノイドコイルへの通電により流路を開閉するように駆動される電磁弁と、電源からの一次側電圧を昇圧して二次側電圧を生成する昇圧部と、前記昇圧部からの出力電流により充電され、前記電磁弁を駆動するときに前記ソレノイドコイルに電流を供給する駆動コンデンサと、前記ソレノイドコイルと前記駆動コンデンサとの間に設けられ、前記駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を開始あるいは停止する通電部と、前記昇圧部および前記通電部を制御する制御部とを備えたラッチング式のバルブ装置であって、前記駆動コンデンサに対して並列に接続され、前記駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を停止している期間に前記駆動コンデンサを充電する補助コンデンサをさらに備えたことを特徴とする。これにより、駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を行った後にその通電を停止してからの所定期間(第1の規定期間中)に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、昇圧部の昇圧動作のみに頼らずに駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、バルブの反応速度に悪影響を与えることなく、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 The valve device according to claim 1 is an electromagnetic valve that is driven to open and close a flow path by energizing a solenoid coil, a booster that boosts a primary voltage from a power source to generate a secondary voltage, A drive capacitor that is charged by an output current from the boosting unit and supplies current to the solenoid coil when driving the solenoid valve, and is provided between the solenoid coil and the drive capacitor. A latching type valve device including an energization unit that starts or stops energization of the solenoid coil, and a control unit that controls the boosting unit and the energization unit, and is connected in parallel to the drive capacitor, An auxiliary capacitor that charges the drive capacitor during a period in which energization from the drive capacitor to the solenoid coil is stopped; And said that there were pictures. As a result, the auxiliary capacitor supplies charge to the drive capacitor during a predetermined period (during the first specified period) after the energization from the drive capacitor to the solenoid coil is stopped, and the boosting unit boosts the voltage. The output voltage of the drive capacitor can be increased without relying only on the operation. As a result, the boosting unit can perform a low-DUTY and highly efficient boosting operation without adversely affecting the reaction speed of the valve.
請求項2に係るバルブ装置は、前記駆動コンデンサまたは前記補助コンデンサと前記昇圧部との間に設けられ、前記昇圧部の出力電流を制限する制限抵抗をさらに備えたことを特徴とする。制限抵抗は、昇圧部の出力を抑えて、補助コンデンサから駆動コンデンサへの電荷移動を促す。よって、第1の規定期間中に駆動コンデンサの出力電圧を電磁弁の駆動に必要な閾値電圧へさらに接近させることができる。その結果、昇圧部は、第1の規定期間後、さらに低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 According to a second aspect of the present invention, the valve device further includes a limiting resistor that is provided between the driving capacitor or the auxiliary capacitor and the boosting unit and limits an output current of the boosting unit. The limiting resistor suppresses the output of the boosting unit and promotes charge transfer from the auxiliary capacitor to the driving capacitor. Therefore, the output voltage of the drive capacitor can be brought closer to the threshold voltage necessary for driving the solenoid valve during the first specified period. As a result, the booster can perform a boosting operation with further low DUTY and high efficiency after the first specified period.
請求項3に係るバルブ装置は、前記流路を流れる流体によって発電する発電部をさらに備え、前記昇圧部は前記発電部から前記一次側電圧を受けることを特徴とする。これにより、電磁弁を開弁して吐水を開始するためにソレノイドへ通電を行った直後に、昇圧部は昇圧動作を停止し、あるいは、単位時間におけるオン時間の比率を示すDUTYを低くすることができるので、一次側電圧として発電機が出力する電流値は小さくてすみ、発電部の水車の起動トルクを減少させることができる。その結果、発電部の水車が回転しやすくなり、水流に与える影響を抑制することができる。 According to a third aspect of the present invention, the valve device further includes a power generation unit that generates power using the fluid flowing through the flow path, and the boosting unit receives the primary voltage from the power generation unit. Thus, immediately after energizing the solenoid to open the solenoid valve and start discharging water, the boosting unit stops the boosting operation, or lowers the DUTY indicating the ratio of the on-time per unit time. Therefore, the current value output from the generator as the primary side voltage can be small, and the starting torque of the turbine of the power generation unit can be reduced. As a result, the water turbine of the power generation unit can easily rotate, and the influence on the water flow can be suppressed.
請求項4に係るバルブ装置において、前記制御部は、前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから第1の規定期間が経過するまで前記昇圧部の昇圧動作を制限し、前記補助コンデンサが前記駆動コンデンサを充電する。これにより、昇圧部の昇圧動作を制限している第1の規定期間中に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、第1の規定期間後に駆動コンデンサを充電するための電圧が小さくてすみ、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 5. The valve device according to claim 4, wherein the control unit limits the boosting operation of the boosting unit until a first specified period elapses after stopping energization of the solenoid coil, and the auxiliary capacitor is driven Charge the capacitor. As a result, the auxiliary capacitor can supply charges to the drive capacitor during the first specified period in which the boost operation of the boost unit is limited, and the output voltage of the drive capacitor can be increased. As a result, the boosting unit requires a small voltage for charging the drive capacitor after the first specified period, and can perform a low-DUTY and high-efficiency boosting operation.
請求項5に係るバルブ装置において、前記制御部は、前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから前記第1の規定期間が経過するまで前記昇圧部の昇圧動作を停止する。昇圧部の昇圧動作を停止している第1の規定期間中に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、第1の規定期間後、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 6. The valve device according to claim 5, wherein the control unit stops the boosting operation of the boosting unit until the first specified period elapses after the energization of the solenoid coil is stopped. During the first specified period when the boosting operation of the boosting unit is stopped, the auxiliary capacitor can supply electric charge to the driving capacitor, and the output voltage of the driving capacitor can be increased. As a result, the boosting unit can perform a low-DUTY and high-efficiency boosting operation after the first specified period.
請求項6に係るバルブ装置において、前記昇圧部は、前記電源からの電流を誘導するインダクタと、オンおよびオフを繰り返すことによって、前記インダクタに電流を誘導し該インダクタに誘導された電流を前記駆動コンデンサへ供給するスイッチング素子とを備え、前記制御部は、前記スイッチング素子の前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから前記第1の規定期間の間、単位時間における前記スイッチング素子のオン時間の比率を示すDUTYを、前記駆動コンデンサの出力電圧に関わらず固定させることを特徴とする。これにより、第1の規定期間中に補助コンデンサだけでなく昇圧部も駆動コンデンサへ電荷を供給するので、駆動コンデンサの出力電圧の回復が早い。その結果、昇圧部は、短時間で駆動コンデンサの出力電圧を閾値電圧まで回復させることができる。その結果、バルブの反応速度を低下させず、かつ、不意の負荷変動に対処可能である。 7. The valve device according to claim 6, wherein the boosting unit induces a current in the inductor by repeatedly turning on and off the inductor that induces a current from the power source, and drives the current induced in the inductor. A switching element to be supplied to a capacitor, wherein the control unit is a ratio of an on-time of the switching element in a unit time during the first specified period after the energization of the solenoid coil of the switching element is stopped. Is fixed regardless of the output voltage of the drive capacitor. As a result, not only the auxiliary capacitor but also the booster supplies electric charges to the drive capacitor during the first specified period, so that the output voltage of the drive capacitor is quickly recovered. As a result, the booster can recover the output voltage of the drive capacitor to the threshold voltage in a short time. As a result, it is possible to cope with unexpected load fluctuations without reducing the reaction speed of the valve.
請求項7に係るバルブ装置において、前記昇圧部は、前記電源からの電流を誘導するインダクタと、オンおよびオフを繰り返すことによって、前記インダクタに電流を誘導し該インダクタに誘導された電流を前記駆動コンデンサへ供給するスイッチング素子とを備え、前記制御部は、前記第1の規定期間の経過後、第2の規定期間が経過するまでの間、単位時間における前記スイッチング素子のオン時間の比率を示すDUTYを、前記駆動コンデンサの出力電圧に関わらず固定させることを特徴とする。これにより、昇圧部の昇圧動作を停止している第1の規定期間中に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、昇圧部の昇圧動作前に駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。また、第1の規定期間後、第2の規定期間中に補助コンデンサだけでなく昇圧部も駆動コンデンサへ電荷を供給するので、駆動コンデンサの出力電圧の回復が早い。その結果、昇圧部は、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができるだけでなく、短時間で駆動コンデンサの出力電圧を閾値電圧まで回復させることができる。その結果、昇圧部は、効率よく駆動コンデンサの出力電圧を昇圧することができる。また、バルブの反応速度を低下させず、かつ、不意の負荷変動に対処可能である。 8. The valve device according to claim 7, wherein the boosting unit induces a current in the inductor by repeatedly turning on and off the inductor that induces a current from the power source, and drives the current induced in the inductor. A switching element to be supplied to the capacitor, and the control unit indicates a ratio of an on-time of the switching element in a unit time until the second specified period elapses after the first specified period elapses. The DUTY is fixed regardless of the output voltage of the driving capacitor. As a result, the auxiliary capacitor can supply charges to the drive capacitor during the first specified period when the boost operation of the boost unit is stopped, and the output voltage of the drive capacitor can be increased before the boost operation of the boost unit. Further, after the first specified period, during the second specified period, not only the auxiliary capacitor but also the booster supplies the charge to the drive capacitor, so that the output voltage of the drive capacitor is quickly recovered. As a result, the boosting unit can not only perform a low-DUTY and high-efficiency boosting operation, but can recover the output voltage of the driving capacitor to the threshold voltage in a short time. As a result, the booster can efficiently boost the output voltage of the drive capacitor. Further, it is possible to cope with unexpected load fluctuations without reducing the reaction speed of the valve.
請求項8に係るバルブ装置において、前記駆動コンデンサは電解コンデンサから成り、前記補助コンデンサは電気二重層コンデンサから成ることを特徴とする。これにより、第1の規定期間中に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、昇圧部の昇圧動作前に駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、第1の規定期間後、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 9. The valve device according to claim 8, wherein the driving capacitor is composed of an electrolytic capacitor, and the auxiliary capacitor is composed of an electric double layer capacitor. As a result, the auxiliary capacitor supplies electric charges to the drive capacitor during the first specified period, and the output voltage of the drive capacitor can be raised before the boosting operation of the boosting unit. As a result, the boosting unit can perform a low-DUTY and high-efficiency boosting operation after the first specified period.
請求項9に係るバルブ装置において、前記補助コンデンサは、前記駆動コンデンサよりも内部抵抗および容量において大きい。これにより、第1の規定期間中に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、昇圧部の昇圧動作前に駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、第1の規定期間後、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。 The valve device according to claim 9, wherein the auxiliary capacitor is larger in internal resistance and capacity than the driving capacitor. As a result, the auxiliary capacitor supplies electric charges to the drive capacitor during the first specified period, and the output voltage of the drive capacitor can be raised before the boosting operation of the boosting unit. As a result, the boosting unit can perform a low-DUTY and high-efficiency boosting operation after the first specified period.
請求項10に係るバルブ装置の駆動方法は、ソレノイドコイルへの通電により流路を開閉するように駆動される電磁弁と、電源電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部の出力に接続された駆動コンデンサと、前記ソレノイドコイルと前記駆動コンデンサとの間に設けられた通電部と、前記駆動コンデンサに対して並列に接続された補助コンデンサとを備えたラッチング式のバルブ装置の駆動方法であって、前記通電部が前記駆動コンデンサを前記ソレノイドコイルへ接続して前記ソレノイドコイルへ通電し、前記ソレノイドコイルへの通電の停止後、前記補助コンデンサが前記駆動コンデンサを充電することを具備する。これにより、駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を行った後に補助コンデンサが駆動コンデンサへ電荷を供給し、昇圧部からの出力に頼らずに駆動コンデンサの出力電圧を上昇させることができる。その結果、昇圧部は、バルブの反応速度に悪影響を与えることなく、低DUTYかつ高効率な昇圧動作を行うことができる。
The driving method of the valve device according to
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る第1の実施形態に従った自動水栓を用いた手洗器の一例を示す断面図である。本実施形態による手洗器は、ボール10の天板12に装着された水栓金具14と、天板12の下方に位置するバルブ装置としてのバルブユニット16と、壁面に固定された電池18とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a hand-washing basin using an automatic water faucet according to the first embodiment of the present invention. The hand wash basin according to the present embodiment includes a faucet fitting 14 mounted on the
水栓金具14は、人体検知およびバルブ開閉等の制御を行うコントロールユニット30を備えている。コントロールユニット30は、回路基板31を介して水栓金具14に固定されている。回路基板31は、マイクロコンピュータ、LED(Light Emitting Diode)、フォトダイオード等の電子デバイスを実装している。LEDは、ボール10に向かって開口された窓28を介して繰り返し赤外線を発し、フォトダイオードは、ボール10の方向から反射した赤外線を検知する。ボール10の方向に自動水栓の使用者の手が存在すると、赤外線の反射光が増加し、人体を検知できる。
The faucet fitting 14 includes a
フォトダイオードが人体を検知したときには、バルブユニット16のダイヤフラム弁20は一次側流路22と二次側流路24との間を開き、吐水金具26から吐水する。フォトダイオードが人体を検知していないときには、ダイヤフラム弁20は一次側流路22と二次側流路24との間を閉じ、吐水金具26からの吐水を停止する。
When the photodiode detects a human body, the
図2は、ラッチング式のソレノイドバルブ23(以下、単にバルブ23という)の構成の一例を示す断面図である。電磁弁としてのバルブ23は、ダイヤフラム弁20と、プランジャ40と、永久磁石50(以下、単に磁石50という)と、バネ52と、ソレノイドコイル54(以下、単にソレノイド54という)と、クリーニングピン45と、圧力室48とを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a latching solenoid valve 23 (hereinafter simply referred to as valve 23). The
ダイヤフラム弁20は、一次側流路22と二次側流路24との間を開閉するように構成されている。プランジャ40は、ダイヤフラム弁20に設けられたパイロット穴47を開閉するように構成されている。
永久磁石50(以下、単に磁石50という)は、ダイヤフラム弁20を開状態にするためにプランジャ40を引き付ける。バネ52は、ダイヤフラム弁20を閉状態にするためにプランジャ40をダイヤフラム弁20へ向かって押し付ける。磁石50がプランジャ40を引き付ける力と、バネ52がプランジャ40を押す力とは、互いに斥力である。プランジャ40が磁石50に接近すると、磁石50による力がバネ52による力を勝り、ダイヤフラム弁20を開状態にする。一方、プランジャ40が磁石50から離れると、バネ52による力が磁石50による力を勝り、ダイヤフラム弁20を閉状態にする。
A permanent magnet 50 (hereinafter simply referred to as magnet 50) attracts the
ソレノイド54は、図3に示すコントロールユニット30から電力供給を受けて磁力を発生し、バルブ23の開状態と閉状態とを切替えるためにプランジャ40を移動させる。
The
図2に示すように、バルブ23の閉状態では、プランジャ40がパイロット穴47を塞いでいる。それとともに、プランジャ40は、ブリード穴46を介して一次側流路22と圧力室48との間を連通させるようにクリーニングピン45を位置づける。よって、圧力室48内の圧力が、ブリード穴46を介して一次側流路22の圧力とほぼ等しくなっている。水の供給側である一次側流路22の圧力は、二次流路24の圧力よりも高いので、ダイヤフラム弁20は、一次側流路22と二次流路24との圧力差によって二次流路24の開口部に押し付けられる。これにより、ダイヤフラム弁20は、一次側流路22と二次流路24との間を遮断する。
As shown in FIG. 2, the
バルブ23の閉状態では、ソレノイド54に通電することなく、プランジャ40は、バネ52の弾性力によってパイロット穴47を塞いだ状態で固定される。よって、ダイヤフラム弁20は、一次側流路22と二次側流路24との圧力差により閉状態を維持する。
In the closed state of the
バルブ23を閉状態から開状態に切り替えるときには、コントロールユニット30がソレノイド54に通電することによって、プランジャ40を磁石50へ向かって移動させる。プランジャ40が磁石へ接近すると、磁石50がバネ52よりも強い力でプランジャ40を引き付ける。これにより、プランジャ40がパイロット穴47を開放する。パイロット穴47が開放されると、圧力室48から二次側流路24へ流体が流れ、圧力室48内の圧力が低下する。圧力室48内の圧力が低下すると、一次側流路22の圧力によって、ダイヤフラム弁20は、二次側流路24の開口部を開放し、一次側流路22と二次側流路24との間を連通させる。このように、バルブ23は開状態になる。
When switching the
バルブ23の開状態では、プランジャ40は磁石50の磁力によってバネ52よりも強い力で磁石50に引き付けられている。よって、ソレノイド54に通電することなく、プランジャ40は、磁石50に接触した状態で固定されている。
In the open state of the
バルブ23を開状態から閉状態に切り替えるときには、コントロールユニット30が、閉状態から開状態への切替え時とは逆方向にソレノイド54に通電する。これによって、プランジャ40をダイヤフラム弁20へ向かって移動させる。プランジャ40がパイロット穴47を塞ぐと、上述の通り、一次側流路22と二次側流路24との圧力差によりダイヤフラム弁20を閉状態にする。
When switching the
図3は、発電機を用いたコントロールユニット30の回路構成の一例を示す図である。コントロールユニット30は、マイコン101と、センサ102と、通電部としてのソレノイド通電回路105と、蓄電コンデンサ106と、昇圧部としての昇圧回路107と、発電部108と、充電電圧制限回路109と、制限抵抗114と、ソレノイドバルブ駆動コンデンサ(以下、単に駆動コンデンサともいう)115と、補助コンデンサ116とを備えている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the
図4は、電池を用いたコントロールユニット30の回路構成の一例を示す図である。図4に示すコントロールユニット30は、発電機に代わり電池を用いており、それに伴い、充電電圧制限回路109および蓄電コンデンサ106を有しない点で図3に示すコントロールユニット30と異なる。図4に示すコントロールユニット30のその他の構成は、図3に示すそれと同様であるので、ここでは、図3を主に参照してその構成を説明する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the
センサ102は、水栓装置の使用者の人体を感知する。センサ102は、水栓装置の制御条件となるものであれば、手動の操作スイッチやタイマなどでもよい。
The
通電部としてのソレノイド通電回路105は、ソレノイド54と駆動コンデンサ115との間に設けられ、駆動コンデンサ115からソレノイド54への通電を開始あるいは停止するように構成されている。ソレノイド54への通電を行うことによって、図2に示すプランジャ40を駆動する。ソレノイド54は、上述の通りバルブ23の開/閉状態の切替え時以外に電流を消費しないコイルである。ソレノイド通電回路105は、バルブ23の開/閉状態の切替えに応じて、ソレノイド54に流す電流の向きを切替えるHブリッジ回路である。なお、上述の通り、ソレノイド通電回路105の通電電流は、マイコン101およびセンサ102の消費電流よりも圧倒的に大きい。例えば、製品によっては、バルブを駆動するとき(通電時)に、ソレノイドへ約数100mAもの電流を流すものがある。これに対して、開状態または閉状態を維持しているときには、マイコンおよびセンサ等による消費電流は、約数mAである。
A solenoid energization circuit 105 as an energization unit is provided between the
昇圧回路107は、スイッチングレギュレータ式DC−DCコンバータであり、インダクタ171、スイッチング素子172およびダイオード173で構成されている。インダクタ171は、蓄電コンデンサ106に接続され、充電電圧制限回路109を介して発電部108に接続され、ダイオード173および制限抵抗114を介して駆動コンデンサ115に接続されている。あるいは、インダクタ171は、蓄電コンデンサ106に代わり電池10に接続されている。スイッチング素子172は、例えば、トランジスタであり、駆動コンデンサ115側にあるインダクタ171の一端とグランドとの間に接続されている。スイッチング素子172は、マイコン101の制御を受けて、オン/オフ制御される。
The booster circuit 107 is a switching regulator type DC-DC converter, and includes an
トランジスタ172をオンすることによって、トランジスタ172は、インダクタ171を介して蓄電コンデンサ106の出力をグランドに接続し、インダクタ171に電流を誘導する。トランジスタ172をオフすることによってインダクタ171に誘導された電流をダイオード173を介して駆動コンデンサ115へ出力する。このようにトランジスタ172がオン/オフを繰り返すことによって昇圧回路107は、一次側電圧VCを二次側電圧VDDへ昇圧し、駆動コンデンサ115を充電する。尚、二次側電圧VDDは、センサ102、マイコン101等に印加される電源電圧としても用いられる。
By turning on the
一般に、トランジスタ172がオンしている時間をONとし、それがオフしている時間をOFFとした場合、ON/(ON+OFF)の比率は、DUTY(あるいはON−DUTY)と呼ばれる。一般的な昇圧回路のDUTY制御方法では、マイコン101が昇圧回路の負荷状態に応じて昇圧回路のDUTYを制御する。DUTYが高いと、トランジスタ172のオン時間が長いので、昇圧回路はインダクタ171に多くの電流を蓄積できる。よって、昇圧回路の出力能力自体は高い。しかし、トランジスタ172のオフ時間が短かくなるので、昇圧回路はインダクタ171に蓄積された電流を充分に出力側へ放出し切らないままトランジスタを再度オンにする。従って、昇圧回路における消費電流のうち昇圧動作に寄与しない電流が増えるので、昇圧回路の効率が悪くなる。ここで、昇圧回路の効率とは、単位時間に昇圧回路に入力された電力と出力された電力の比である。
一方、DUTYが低いと、トランジスタのオフ時間が長くなるので、昇圧回路はインダクタ171に蓄積された電流を出力側へ放出し切ることができる。よって、昇圧動作に関与しない電流が無く、昇圧回路の効率は良い。しかし、トランジスタのオン時間が短すぎると、昇圧回路はインダクタ171に充分な電流を蓄積する前にトランジスタをオフにする。従って、昇圧回路の出力能力は低くなる。このように、昇圧回路107をDUTYで制御した場合、昇圧回路107の出力能力との効率とはトレードオフの関係にある。
発電部108は、水路に設けられ、水路を流れる水によって発電する水力発電機でよい。発電部108で生成された電力は、充電電圧制限回路109を介して蓄電コンデンサ106を充電する。蓄電コンデンサ106は、化学反応する二次電池と違って、充放電の繰り返しによる劣化がなく、長寿命である。電池18は、発電部108のバックアップ電源として機能する。充電電圧制限回路109は、マイコン101等を保護するために、発電部108の出力電圧を所定電圧以下に制限している。
In general, when the time during which the
On the other hand, when DUTY is low, the off-time of the transistor becomes long, so that the booster circuit can completely discharge the current accumulated in the
The power generation unit 108 may be a hydraulic power generator that is provided in a water channel and generates power using water flowing through the water channel. The electric power generated by the power generation unit 108 charges the storage capacitor 106 via the charging voltage limiting circuit 109. Unlike a secondary battery that chemically reacts, the storage capacitor 106 does not deteriorate due to repeated charge and discharge and has a long life. The
尚、水力発電機を電源として用いる場合、水力発電機をバルブ装置の水路に設置し、バルブ装置を流れる流体を用いて発電する。水力発電機を用いたバルブ装置は、手動操作に比較して電気的な制御によって無駄な水を減らせるという点、および、動作電力を自ら発電するので環境に良いという点で好ましい。このような水力発電機を用いたバルブ装置は、発電された電力を蓄電コンデンサ106内に蓄積する。しかし、上述の通り、蓄電コンデンサ106からの出力電圧は蓄電量により変化するので、昇圧回路107が、駆動コンデンサ115、マイコン101等に安定した電圧を供給する。一方、図4のように、電池18を電源として用いた場合、バルブ装置の小型化、電池交換の手間および費用の軽減の観点において、電池の本数は少ない方が好ましい。電池の本数が少ないと、電源電圧が低くなるため、昇圧回路107が電池からの電源電圧を昇圧する。
When a hydroelectric generator is used as a power source, the hydroelectric generator is installed in the water channel of the valve device, and power is generated using the fluid flowing through the valve device. A valve device using a hydroelectric generator is preferable in that it can reduce wasted water by electrical control compared to manual operation, and it is environmentally friendly because it generates operating power itself. The valve device using such a hydroelectric generator stores the generated power in the storage capacitor 106. However, as described above, since the output voltage from the storage capacitor 106 varies depending on the amount of storage, the booster circuit 107 supplies a stable voltage to the drive capacitor 115, the
スイッチング式昇圧回路以外の電圧変換回路として、スイッチング式降圧回路、ドロップ型電圧変換回路あるいはスイッチドキャパシタなどが考えられる。しかし、スイッチング式降圧回路は入力側の電源を高電圧とする必要があり、蓄電コンデンサの個数あるいは電池の個数を増やさなければならない。また、ドロップ型電圧変換回路は電圧の低下分がそのまま損失となるため、効率が低い。さらに、スイッチドキャパシタは出力が小さい。これらの理由により、スイッチング式昇圧回路がバルブ23の駆動に必要な高電圧の効率的な生成に適している。
As a voltage conversion circuit other than the switching booster circuit, a switching step-down circuit, a drop type voltage conversion circuit, a switched capacitor, or the like can be considered. However, in the switching step-down circuit, the power supply on the input side needs to be a high voltage, and the number of storage capacitors or the number of batteries must be increased. Further, the drop type voltage conversion circuit has a low efficiency because the voltage drop is directly lost. Furthermore, the output of the switched capacitor is small. For these reasons, the switching booster circuit is suitable for the efficient generation of the high voltage necessary for driving the
制御部としてのマイコン101は、昇圧前の電圧VCおよびソレノイド54への供給電圧VLSの目標値に基づいて昇圧回路107のDUTYおよびソレノイド通電回路105の通電状態を制御する。例えば、バルブ23を閉状態から開状態へ切り替える際には、マイコン101はポートP01およびP03に接続されたトランジスタをオン状態にすることによって、矢印A1の向きに電流を流す。一方、バルブ23を開状態から閉状態へ切り替える際には、マイコン101はポートP02およびP04に接続されたトランジスタをオン状態にすることによって、矢印A2の向きに電流を流す。
The
ソレノイドバルブ駆動コンデンサ115は、ノードN1とグランドとの間に接続された電解コンデンサである。ノードN1は、昇圧回路107とソレノイド通電回路105との間の接続ノードである。駆動コンデンサ115は、昇圧回路107から出力された電流によって充電され、ソレノイド54の通電時にソレノイド通電回路105へ電流を供給する。VLSは、駆動コンデンサ115がソレノイド通電回路105へ出力する電圧である。
The solenoid valve driving capacitor 115 is an electrolytic capacitor connected between the node N1 and the ground. The node N1 is a connection node between the booster circuit 107 and the solenoid energization circuit 105. The drive capacitor 115 is charged by the current output from the booster circuit 107 and supplies current to the solenoid energization circuit 105 when the
補助コンデンサ116は、例えば、駆動コンデンサ115に対して並列に接続された電気二重層コンデンサである。補助コンデンサ116は、ソレノイド通電回路105が駆動コンデンサ115からソレノイド54への通電を停止している期間に駆動コンデンサ115を充電するために設けられている。補助コンデンサ116に適用される電気二重層コンデンサは、一般に、電解コンデンサより内部抵抗が非常に大きいが、電解コンデンサより非常に大きな容量(例えば、10倍以上)を有するコンデンサである。
The auxiliary capacitor 116 is, for example, an electric double layer capacitor connected in parallel to the drive capacitor 115. The auxiliary capacitor 116 is provided to charge the drive capacitor 115 during the period when the solenoid energization circuit 105 stops energization from the drive capacitor 115 to the
電気二重層コンデンサは、内部抵抗が大きいため、電解コンデンサよりも充電および放電に長時間かかる。従って、電気二重層コンデンサを補助コンデンサ116に用いた場合、補助コンデンサ116は、ソレノイド54への通電時に電流をほとんど供給せず、電解コンデンサから成る駆動コンデンサ115がソレノイド54へ電流を供給する。このとき、駆動コンデンサ115の出力電圧(ノードN1の電圧VLS)が一時的に低下する。
Since the electric double layer capacitor has a large internal resistance, it takes longer to charge and discharge than the electrolytic capacitor. Therefore, when an electric double layer capacitor is used as the auxiliary capacitor 116, the auxiliary capacitor 116 supplies almost no current when the
一方、補助コンデンサ116の容量は、駆動コンデンサ115のそれより非常に大きく、その内部に大容量の電荷を蓄積している。従って、ソレノイド54への通電終了の後に、補助コンデンサ116は駆動コンデンサ115に電荷を供給することができる。これにより、補助コンデンサ116は、一時的に低下したノードN1の電圧VLSを或る程度上昇(回復)させることができる。ただし、補助コンデンサ116の放電には或る程度時間がかかるので、マイコン101は、ソレノイド54への通電終了後、所定期間の間、昇圧回路107の動作を停止し、あるいは、昇圧回路107を低いDUTYで動作させる。
On the other hand, the capacity of the auxiliary capacitor 116 is much larger than that of the driving capacitor 115, and a large amount of electric charge is accumulated therein. Therefore, the auxiliary capacitor 116 can supply electric charge to the driving capacitor 115 after the energization of the
補助コンデンサ116の内部抵抗(ESR(Equivalent Series Resistance))および容量は、駆動コンデンサ115の内部抵抗(ESR)および容量、ソレノイド54の抵抗(ESR)等の他の要素によって設定されるべきパラメータである。このため、補助コンデンサ116の好ましい内部抵抗(ESR)および容量は、バルブ23の構成によって個別に決定される。ただし、少なくとも補助コンデンサ116の内部抵抗および容量は、それぞれ駆動コンデンサ115の内部抵抗および容量よりも大きい。これは、ソレノイド54へ通電電流を供給する役割を駆動コンデンサ115が担い、ソレノイド54への通電の間、補助コンデンサ116は内部電荷を保持する動作とするためである。また、補助コンデンサ116の内部抵抗は、ソレノイド54の抵抗(ESR)よりも大きい。これも、補助コンデンサ116からソレノイド54への通電を抑制し、内部電荷を保持するためである。また、昇圧回路107の動作を停止させる期間、あるいは、DUTYを低下させる期間は、補助コンデンサ116から駆動コンデンサ115へ十分な電荷移動が行われる期間であり、その電荷移動の経路の時定数程度が適当である。電荷移動の経路の時定数は、補助コンデンサ116と駆動コンデンサ115のそれぞれの内部抵抗と容量を直列接続した値となるが、補助コンデンサ116の方が相当量大きいため、補助コンデンサ116の内部抵抗および容量に応じて設定すればよい。
上記所定期間の経過後、マイコン101は、通常通り、電圧VLSの値に基づいて昇圧回路107のDUTYを決定する。このとき、電圧VLSは或る程度回復しているので、昇圧回路107は、高いDUTYで動作する必要なく、比較的低いDUTYで動作すれば足りる。昇圧回路107の負荷として見ると、補助コンデンサ116と駆動コンデンサ115は並列である。補助コンデンサ116の内部抵抗は駆動コンデンサ115のそれよりも大きいので、駆動コンデンサ115と補助コンデンサ116は、補助コンデンサ116の内部抵抗に依存する遅い時定数でゆっくり充電される。その結果、昇圧回路107は、比較的低いDUTYで長い時間をかけて駆動コンデンサ115および補助コンデンサ116を充電することができる。即ち、昇圧回路107は、高効率で駆動コンデンサ115および補助コンデンサ116を充電することができる。
尚、補助コンデンサ116は、駆動コンデンサ115とソレノイド通電回路105との間に設けられていてもよく、駆動コンデンサ115と制限抵抗114との間に設けられていてもよい。どちらも、回路的な動作は同じである。
The internal resistance (ESR (Equivalent Series Resistance)) and capacity of the auxiliary capacitor 116 are parameters to be set by other factors such as the internal resistance (ESR) and capacity of the driving capacitor 115, and the resistance (ESR) of the
After elapse of the predetermined period, the
The auxiliary capacitor 116 may be provided between the drive capacitor 115 and the solenoid energization circuit 105, or may be provided between the drive capacitor 115 and the limiting resistor 114. In both cases, the circuit operation is the same.
制限抵抗114は、昇圧回路107と駆動コンデンサ115(あるいは補助コンデンサ116)との間に設けられている。従来、制限抵抗114は、昇圧回路107の出力能力不足を補うために設けられていた。一般に、電源(この場合、昇圧回路107)と負荷(この場合、駆動コンデンサ115)の間に入る抵抗は、電源から過大な負荷電流が流れることを防止する。本実施形態では、制限抵抗114は、昇圧回路107の出力と駆動コンデンサ115の間のインピーダンスを上げ、補助コンデンサ116から駆動コンデンサ115への電荷移動を促すために設けられている。また、駆動コンデンサ115の出力電圧VLSが所定の電圧に回復し、昇圧回路107による充電が行われる際には、制限抵抗114は、昇圧回路107からの出力電流を低減することができる。従って、出力電圧VLSを昇圧目標の電圧に近い所定の閾値電圧に維持しているときには、昇圧回路107のDUTYは低くて済む。DUTYを低くすることによって、昇圧回路107は駆動コンデンサ115および補助コンデンサ116を高効率で昇圧できる。 The limiting resistor 114 is provided between the booster circuit 107 and the driving capacitor 115 (or the auxiliary capacitor 116). Conventionally, the limiting resistor 114 has been provided to compensate for the insufficient output capability of the booster circuit 107. In general, a resistor that enters between the power source (in this case, the booster circuit 107) and the load (in this case, the driving capacitor 115) prevents an excessive load current from flowing from the power source. In the present embodiment, the limiting resistor 114 is provided to increase the impedance between the output of the booster circuit 107 and the drive capacitor 115 and to promote charge transfer from the auxiliary capacitor 116 to the drive capacitor 115. Further, when the output voltage VLS of the drive capacitor 115 is restored to a predetermined voltage and charging by the booster circuit 107 is performed, the limiting resistor 114 can reduce the output current from the booster circuit 107. Therefore, when the output voltage VLS is maintained at a predetermined threshold voltage close to the boost target voltage, the DUTY of the booster circuit 107 may be low. By making DUTY low, the booster circuit 107 can boost the drive capacitor 115 and the auxiliary capacitor 116 with high efficiency.
図5は、第1の実施形態に従ったバルブ装置の動作を示すフロー図である。図5に示すルーチンは、人体が感知されたときに遅滞なく吐水を開始し、人体が感知されなくなったときに遅滞なく止水するように、電源投入後、繰り返し実行される。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the valve device according to the first embodiment. The routine shown in FIG. 5 is repeatedly executed after power-on so that water discharge starts without delay when a human body is sensed and water stops without delay when the human body is no longer sensed.
電源投入後、まず、図3に示す電池18、あるいは、図4に示す電池10がコントロールユニット30内の各要素に電力を供給する。これにより、昇圧回路107が昇圧動作を開始する(S100)。当初、電圧VLSは非常に低い状態にあるので、昇圧回路107は高いDUTYで駆動コンデンサ115および補助コンデンサ116を充電する。そして、マイコン101がセンサ102の駆動を開始する(S110)。
After the power is turned on, first, the
電圧VLSが所定の閾値電圧(例えば、5V)に達すると、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを低下させ、あるいは、昇圧回路107の昇圧動作を停止させる。駆動コンデンサ115の出力電圧VLSは、昇圧回路107以外のマイコン101やセンサ102の駆動によっても低下する。従って、この場合、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを上昇させ、あるいは、昇圧回路107の昇圧動作を開始させる。つまり、マイコン101は、昇圧回路107を電圧VLSに応じたDUTYで駆動し、あるいは、停止させることによって、出力電圧VLSを所定の閾値電圧に維持する。以下、バルブ23が閉状態あるいは開状態を維持しており、ソレノイド54への通電を待機している状態を通電待機状態と呼ぶ。
When the voltage VLS reaches a predetermined threshold voltage (for example, 5 V), the
センサ102が人体を検知していない場合(S120のNO)、マイコン101は止水中であるか否かを判定する。前回のルーチンにおいて人体が感知されていない場合、あるいは、初回のルーチンの場合、バルブ23は既に止水状態となっている(S130のYES)。従って、バルブ23の切替えは不要であるので、通電処理を行うことなく、マイコン101は、前回のソレノイド54への通電(開通電処理または閉通電処理の実行)後、所定の第1の規定期間(例えば、0.5秒)が経過しているか否かを判定する(S170)。この判定は、マイコン101に内蔵されたタイマが通電後に計時を実行することにより判断できる。第1の規定期間は、予めマイコン101内の記憶部(RAMまたはROM)に格納しておけばよい。
When the
前回の通電後、第1の規定期間が経過している場合(S170のNO)、あるいは、初回のルーチンの場合、ステップS100に戻る。よって、昇圧回路107は、電圧VLSを閾値電圧に維持するために必要に応じて昇圧動作を繰り返し、かつ、センサ102は検出動作を継続する。
If the first specified period has elapsed since the previous energization (NO in S170), or if it is the first routine, the process returns to step S100. Therefore, the booster circuit 107 repeats the boosting operation as necessary to maintain the voltage VLS at the threshold voltage, and the
このような通電待機状態のときには、マイコン101およびセンサ102は電流を消費するが、それらの消費電流は、ソレノイド54へ通電される電流に比べて非常に小さいため、電圧VLSの低下は小さい。従って、通電待機状態における昇圧回路107のDUTYは低くてもよい。DUTYが低いので、昇圧回路107は、出力電圧VLSを昇圧目標である閾値電圧(例えば、5V)に効率良く維持することができる。
In such an energization standby state, the
一方、ステップS130において吐水状態である場合(S130のNO)には、閉通電処理を行う(S140)。閉通電処理は、バルブ23を開状態から閉状態へ切替える処理である。この時、駆動コンデンサ115の電荷がソレノイド54への通電に使用され、補助コンデンサ116の電荷は殆ど保持されている。止水中か否かの判定は次のように行う。マイコン101内のRAMが、ソレノイド54への通電に関与する出力ポートP01〜P04の履歴を記憶する。その履歴により、現在のバルブ23の開/閉状態が判明する。これにより、吐水が停止される。
On the other hand, when it is in the water discharge state in step S130 (NO in S130), a closing energization process is performed (S140). The closing energization process is a process of switching the
閉通電処理の後、マイコン101内のタイマが計時を開始する(S145)。閉通電処理の後、第1の規定期間(0.5秒)が経過していない場合(S170のYES)、マイコン101は、昇圧回路107の昇圧動作を停止させる(S180)。そして、ステップS110からS170を再度実行する。ステップS170において閉通電処理の後、第1の規定期間が経過していると判断されるか、あるいは、新たな通電処理が行われるまで、ステップS110からステップS180は繰り返し実行される。即ち、マイコン101は、閉通電処理の後、第1の規定期間(例えば、0.5秒間)が経過するか、あるいは、新たな通電処理により計時が中断されるまで昇圧回路107の昇圧動作を停止する。第1の規定期間中、補助コンデンサ116が駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。これにより、出力電圧VLSは、閾値電圧に向って上昇する。以下、第1の実施形態では、第1の規定期間を昇圧停止期間と呼ぶ。
After the closing energization process, the timer in the
昇圧停止期間は、補助コンデンサ116の内部抵抗および容量から決まる時定数程度の時間に設定され得る。より好ましくは、昇圧停止期間は、補助コンデンサ116から駆動コンデンサ115への電荷の移動が完了し、補助コンデンサ116の出力電圧と駆動コンデンサ115の出力電圧とが等しくなる時点まで継続される。しかし、昇圧停止期間が長すぎると、出力電圧VLSの昇圧が次の通電処理に間に合わない場合が発生する。従って、昇圧停止期間は、補助コンデンサ116の内部抵抗および容量、並びに、バルブの反応速度等を考慮して設定される。この場合、補助コンデンサ116の出力電圧と駆動コンデンサ115の出力電圧とが等しくなる前に(即ち、出力電圧VLSが回復している途中で)、昇圧回路107は動作を開始する可能性がある。しかし、この場合であっても、補助コンデンサ116は電圧VLSを或る程度上昇させることは可能である。また、通電直後において、電圧VLSは非常に低下している状態にあるので、補助コンデンサ116の内部電荷が内部電圧と電圧VLSとの電圧差によって急速に引き出され、電流VLSを短時間で上昇させることができる。従って、昇圧停止期間は、次の通電処理を考慮して短く設定されても構わない。つまり、本実施形態において、昇圧停止期間は、バルブ装置の反応速度に影響を与えないように短く設定することができる。
閉通電処理終了後、昇圧停止期間が経過した場合(S170のNO)、ステップS100に戻る。即ち、マイコン101は昇圧回路107の昇圧動作を開始させる。このとき、マイコン101は、電圧VLSに応じたDUTYで昇圧回路107を駆動させる。
The boost stop period can be set to a time of about a time constant determined from the internal resistance and capacitance of the auxiliary capacitor 116. More preferably, the boost stop period is continued until the transfer of charge from the auxiliary capacitor 116 to the drive capacitor 115 is completed and the output voltage of the auxiliary capacitor 116 and the output voltage of the drive capacitor 115 become equal. However, if the boost stop period is too long, boosting of the output voltage VLS may not be in time for the next energization process. Therefore, the boost stop period is set in consideration of the internal resistance and capacity of the auxiliary capacitor 116, the valve reaction speed, and the like. In this case, before the output voltage of the auxiliary capacitor 116 becomes equal to the output voltage of the drive capacitor 115 (that is, during the recovery of the output voltage VLS), the booster circuit 107 may start to operate. However, even in this case, the auxiliary capacitor 116 can raise the voltage VLS to some extent. Further, immediately after energization, the voltage VLS is in a very low state, so that the internal charge of the auxiliary capacitor 116 is rapidly drawn by the voltage difference between the internal voltage and the voltage VLS, and the current VLS is increased in a short time. be able to. Therefore, the boost stop period may be set short in consideration of the next energization process. That is, in this embodiment, the boost stop period can be set short so as not to affect the reaction speed of the valve device.
If the boost stop period has elapsed after completion of the closing energization process (NO in S170), the process returns to step S100. That is, the
ステップS120においてセンサ102が人体を検知した場合(S120のYES)、マイコン101は吐水中であるか否かを判定する(S150)。前回のルーチンで人体が感知され、バルブ23が既に吐水状態となっている場合(S150のYES)、バルブ23の切替えは不要である。よって、通電処理を行うことなく、マイコン101は、前回の通電後、昇圧停止期間(例えば、0.5秒間)が経過しているか否かを判定する(S170)。前回の通電後、昇圧停止期間が経過している場合(S170のNO)、ステップS100に戻る。即ち、バルブ23は通電待機状態を維持する。このとき、センサ102は人体を感知し続けているので、バルブ装置は吐水状態を継続している。
When the
止水状態である場合(S150のNO)には、開通電処理を行う(S160)。開通電処理は、バルブ23を閉状態から開状態へ切替える処理である。これにより、吐水が開始される。吐水中か否かの判定は、止水中か否かの判定と同様に行われる。
If the water is stopped (NO in S150), an open energization process is performed (S160). The open energization process is a process of switching the
開通電処理の後、マイコン101のタイマが計時を開始する(S165)。その後、上述のようにステップS170を実行し、ステップS100へ戻る。あるいは、S170およびS180を実行し、S110へ戻る。即ち、マイコン101は、開通電処理の後、昇圧停止期間が経過するか、あるいは、新たな通電処理により計時が中断されるまで昇圧回路107の昇圧動作を停止する。本実施形態では、通電処理の終了後、昇圧停止期間中、昇圧回路107が停止されているので、補助コンデンサ116は駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。これにより、出力電圧VLSは、通電待機状態における閾値電圧に向って或る程度上昇する。
After the opening energization process, the timer of the
尚、昇圧停止期間中に新たな通電処理が介入した場合(S140またはS160)、マイコン101内のタイマの計時は中断する。そして、タイマは、新たに発生した通電処理後に計時を改めて開始する(S145またはS165)。その後の処理は、上述した処理と同様である。
Note that when a new energization process intervenes during the boost stop period (S140 or S160), the timing of the timer in the
図6は、第1の実施形態によるバルブ装置の動作を示すタイミング図である。当初(t0〜t1)、センサ102は、人体を感知していない状態にあり、通電待機状態である。このとき、ソレノイド54への通電は行われておらず、バルブ23は閉状態に維持されている。センサ102は、人体が感知されたときに遅滞なく吐水を開始し、人体が感知されなくなったときに遅滞なく止水するように(例えば、0.5秒ごとに)検出動作を繰り返す。t0〜t1の通電待機状態は、図5のS100〜S130のYESおよびS170のNOからなるループを繰り返し実行している状態である。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the valve device according to the first embodiment. Initially (t0 to t1), the
t1において、センサ102が人体を検知すると、ソレノイド54への通電が行われ、バルブ装置が開通電処理を実行する(図5、S120のYES〜S160)。
When the
開通電処理の実行後、t2において、昇圧回路107が停止する(図5のS180)。通電処理後、マイコン101内のタイマが所定の昇圧停止期間(例えば、0.5秒)だけ計時する。昇圧停止期間中において、補助コンデンサ116は駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。これにより、電圧VLSが上昇する。もし、センサ102の駆動周期が昇圧停止期間よりも短い場合、昇圧停止期間中、図5のS110〜S120のYES、S150のYES、S170のYESおよびS180からなるループを繰り返し実行する。
After the opening energization process is executed, the booster circuit 107 stops at t2 (S180 in FIG. 5). After the energization processing, a timer in the
昇圧停止期間の経過後、t3において、昇圧回路107は昇圧動作を開始する(図5、S170のNO)。この時点で電圧VLSは或る程度上昇しているので、昇圧回路107は、低DUTYで効率良く電圧VLSを所定の閾値電圧(例えば、5V)へ昇圧させることができる。 After the elapse of the boosting stop period, at t3, the booster circuit 107 starts the boosting operation (FIG. 5, NO in S170). Since the voltage VLS has risen to some extent at this time, the booster circuit 107 can efficiently boost the voltage VLS to a predetermined threshold voltage (for example, 5 V) with low DUTY.
t4において、電圧VLSが閾値電圧に達すると、バルブ装置は、再度、通電待機状態になる。t4〜t5の通電待機状態は、図5のS100〜S120のYES、S150のYESおよびS170のNOからなるループを繰り返し実行している状態である。尚、開通電圧処理が実行された後、t2からt5において、センサ102は人体を感知し続けており、バルブ装置は吐水状態を継続している状態である。
When the voltage VLS reaches the threshold voltage at t4, the valve device is again in the energization standby state. The energization standby state from t4 to t5 is a state in which a loop composed of YES in S100 to S120, YES in S150, and NO in S170 in FIG. 5 is repeatedly executed. In addition, after the opening voltage process is executed, from t2 to t5, the
t5において、センサ102が人体を感知しなくなると、バルブ装置が閉通電処理を実行する(図5のS140)。閉通電処理は、ソレノイド54への通電方向が開通電処理のそれと逆になるが、それ以外の閉通電処理における昇圧回路107の動作は、開通電処理のそれ同様である。即ち、t6〜t8の昇圧動作は、t1〜t4の昇圧動作と同様である。
When the
このように、本実施形態によるバルブ装置は、ソレノイド54への通電処理後、昇圧回路107の昇圧動作を一時的に停止する。この昇圧停止期間中に補助コンデンサ116が駆動コンデンサ115へ電荷を供給し、昇圧動作前に電圧VLSを上昇させる。
As described above, the valve device according to the present embodiment temporarily stops the boosting operation of the booster circuit 107 after the energization process to the
もし、通電処理の直後に昇圧回路107を動作させた場合、閉通電処理の直後においては、電圧VLSが非常に低いレベルまで低下している。このため、昇圧回路107は、高いDUTYで長期間にわたって昇圧動作を実行しなければならない。DUTYが高いと昇圧回路107の昇圧動作の効率が悪化するので、昇圧回路107による消費電力の浪費に繋がる。 If the booster circuit 107 is operated immediately after the energization process, the voltage VLS drops to a very low level immediately after the close energization process. For this reason, the booster circuit 107 must execute a boosting operation for a long period of time with a high DUTY. When the DUTY is high, the efficiency of the boosting operation of the booster circuit 107 is deteriorated, leading to a waste of power consumption by the booster circuit 107.
これに対して、本実施形態によるバルブ装置は、昇圧動作の再開時の出力電圧VLSは、通電待機時の閾値電圧に向って上昇しているため、昇圧回路107が駆動コンデンサ115へ充電する電荷は少なくて済む。よって、昇圧回路107は、比較的低いDUTYで昇圧動作を実行すればよく、消費電力の浪費を抑制することができる。また、本実施形態によるバルブ装置は、昇圧回路107の昇圧停止期間を適切に設定することによって、バルブ装置の反応速度に影響を与えることなく、高効率で昇圧動作を行うことができる。 On the other hand, in the valve device according to the present embodiment, since the output voltage VLS at the time of resuming the boosting operation increases toward the threshold voltage during energization standby, the charge that the booster circuit 107 charges the drive capacitor 115 is charged. Is less. Therefore, the booster circuit 107 only needs to perform a boosting operation with a relatively low DUTY, and wasteful power consumption can be suppressed. In addition, the valve device according to the present embodiment can perform the boosting operation with high efficiency without affecting the reaction speed of the valve device by appropriately setting the boost stop period of the booster circuit 107.
本実施形態における制限抵抗114は、昇圧回路107の出力を抑えて、補助コンデンサ116から駆動コンデンサ115への電荷移動を促す。よって、制限抵抗114が設けられていることによって、補助コンデンサ116を主たる電源として、昇圧停止期間中に電圧VLSを閾値電圧へさらに接近させることができる。また、出力電圧VLSが閾値電圧に回復したときに、制限抵抗114は、昇圧回路107からの出力電流を低減することができるので、昇圧回路107のDUTYをさらに低くすることができる。 The limiting resistor 114 in this embodiment suppresses the output of the booster circuit 107 and promotes charge transfer from the auxiliary capacitor 116 to the drive capacitor 115. Therefore, by providing the limiting resistor 114, the voltage VLS can be made closer to the threshold voltage during the boost stop period using the auxiliary capacitor 116 as a main power source. Further, when the output voltage VLS is restored to the threshold voltage, the limiting resistor 114 can reduce the output current from the booster circuit 107, so that the DUTY of the booster circuit 107 can be further reduced.
さらに、本実施形態では、開通電処理直後に昇圧動作を停止することによって、図3に示した発電部108の水車の起動トルクを減少させることができる。即ち、発電部108の電気的負荷として昇圧回路107の存在がなくなるため、発電部108の負荷電流が減少し、発電部108の回転を妨げる力が減少し、水車が回転しやすくなり、水流に与える影響を抑制することができるという効果も得られる。 Furthermore, in the present embodiment, the starting torque of the water turbine of the power generation unit 108 shown in FIG. 3 can be reduced by stopping the boosting operation immediately after the opening energization process. That is, since the step-up circuit 107 does not exist as an electrical load of the power generation unit 108, the load current of the power generation unit 108 decreases, the force that prevents the power generation unit 108 from rotating decreases, the water turbine easily rotates, and the water current flows. The effect that the influence which it gives can be suppressed is also acquired.
(第2の実施形態)
図7は、本発明に係る第2の実施形態に従ったバルブ装置の動作を示すフロー図である。第2の実施形態によるバルブ装置の構成は、第1の実施形態によるバルブ装置の構成と同様でよい。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the valve device according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the valve device according to the second embodiment may be the same as the configuration of the valve device according to the first embodiment.
第2の実施形態では、通電処理後、第1の規定期間(例えば、0.5秒)の間、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを、電圧VLSに応じて設定する昇圧回路107のDUTYよりも低い状態で固定する(S280)。電圧VLSの値に応じてDUTYを設定する場合、従来の一般的な制御方式では、電圧VLSが低いときには、効率よりも出力能力を優先し、DUTYを高くして昇圧能力を上げる。逆に電圧VLSが高いときには高出力は不要なので、効率を重視してDUTYを低くしている。
例えば、電圧VLSがある閾値電圧を越えているか否かで、DUTYに50%と75%のどちらかを選択するのが一般的であった。しかし、この第2の実施形態では、第1の規定期間において昇圧回路107のDUTYは25%である。このように、第1の規定期間において、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを、電圧VLSに依存したDUTYよりも低い値に固定する。以下、第2の実施形態では、第1の規定期間を低DUTY期間と呼ぶ。
In the second embodiment, the
For example, it is common to select 50% or 75% for DUTY depending on whether or not the voltage VLS exceeds a certain threshold voltage. However, in the second embodiment, the DUTY of the booster circuit 107 is 25% in the first specified period. As described above, in the first specified period, the
その他のステップS100〜S170の動作は、図5に示すステップS100〜S170の動作と同様である。よって、通電処理後、低DUTY期間が経過していない場合(S170のYES)、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを25%に固定した状態で昇圧動作を実行する(S280およびS100)。通電処理後、低DUTY期間が経過した場合(S170のNO)、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを電圧VLSに依存したDUTYに戻す(S100)。
The other operations in steps S100 to S170 are the same as the operations in steps S100 to S170 shown in FIG. Therefore, if the low DUTY period has not elapsed after the energization process (YES in S170), the
尚、低DUTY期間におけるDUTYは、電圧VLSに依存したDUTYよりも低い値を設定する。
図8は、第2の実施形態によるバルブ装置の動作を示すタイミング図である。t0〜t11の通電待機状態は、図6に示すt0〜t1の通電待機状態と同様である。また、t11〜t12における開通電圧処理は、図6に示すt1〜t2の開通電圧処理と同様である。
Note that DUTY in the low DUTY period is set to a value lower than DUTY depending on the voltage VLS.
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the valve device according to the second embodiment. The energization standby state at t0 to t11 is the same as the energization standby state at t0 to t1 shown in FIG. Moreover, the opening voltage process in t11-t12 is the same as the opening voltage process in t1-t2 shown in FIG.
開通電処理の実行後、t12〜t13において、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを25%に低下させる(図7のS280)。このとき、昇圧回路107のDUTYが低く固定されているので、昇圧回路107は効率良く駆動コンデンサ115を充電する。また、同時に、補助コンデンサ116も駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。従って、第2の実施形態では、昇圧回路107と補助コンデンサ116の両方から駆動コンデンサ115へ電荷を供給するため、電圧VLSの回復が早い。しかし、この間の昇圧回路107の効率は高い。
After execution of the opening energization process, from t12 to t13, the
その後、t13〜t15の動作は、図6に示すt3〜t5の動作と同様である。また、t15〜t18の動作は、閉通電処理の動作である。従って、t15〜t18の動作は、ソレノイド54への通電方向が開通電処理時t11〜t14のそれと逆になるが、それ以外の閉通電処理における昇圧回路107の動作は、開通電処理のそれ同様である。即ち、t15〜t18の昇圧動作は、t11〜t14の昇圧動作と同様である。
Thereafter, the operation from t13 to t15 is the same as the operation from t3 to t5 shown in FIG. Moreover, the operation | movement of t15-t18 is operation | movement of a closing electricity supply process. Accordingly, in the operation from t15 to t18, the energization direction to the
第2の実施形態では、通電処理後に補助コンデンサ116だけでなく昇圧回路107も駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。従って、電圧VLSの回復が早い。その結果、昇圧回路107は、短時間で電圧VLSを閾値電圧まで回復させることができる。これは、バルブの反応速度を低下させず、かつ、不意の負荷変動に対処可能であることを意味する。なお、低DUTYで効率を低下させない範囲での昇圧は、層圧回路107の効率に悪影響を与えない。むしろ、低DUTYで効率を低下させない範囲での昇圧は、充電時間を短縮させることができる。 In the second embodiment, not only the auxiliary capacitor 116 but also the booster circuit 107 supplies electric charges to the drive capacitor 115 after the energization process. Therefore, the recovery of the voltage VLS is quick. As a result, the booster circuit 107 can recover the voltage VLS to the threshold voltage in a short time. This means that it is possible to cope with unexpected load fluctuations without reducing the reaction speed of the valve. Note that boosting within a range where efficiency is not lowered at low DUTY does not adversely affect the efficiency of the layer pressure circuit 107. Rather, boosting in a range where efficiency is not lowered at low DUTY can shorten the charging time.
また、バルブ装置の種類によってはバルブの開/閉状態の切替え時にソレノイド54へ通電する電流が、昇圧回路107の出力能力に比較して小さい場合がある。このような場合、通電処理後に完全に昇圧回路107を停止させる必要は必ずしもない。昇圧回路107は、低DUTYで駆動コンデンサ115を充電することによって、効率よくかつ短時間で電圧VLSを回復させることができるからである。第2の実施形態は、このようにソレノイド54へ通電する電流が小さい場合に有利である。
Further, depending on the type of the valve device, the current supplied to the
さらに、第2の実施形態では、開通電処理直後に昇圧回路107のDUTYを低下させることによって、図3に示した発電部108の水車の起動トルクが減少する。即ち、発電部108の水車が回転しやすくなり、水流に影響を与えないという効果も得られる。 Furthermore, in the second embodiment, the starting torque of the water turbine of the power generation unit 108 shown in FIG. 3 is reduced by reducing the DUTY of the booster circuit 107 immediately after the opening energization process. In other words, the water wheel of the power generation unit 108 can easily rotate, and the effect of not affecting the water flow can be obtained.
第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に補助コンデンサ116を備えているので、第1の実施形態の効果も得ることができる。 Since the second embodiment includes the auxiliary capacitor 116 as in the first embodiment, the effects of the first embodiment can also be obtained.
(第3の実施形態)
図9は、本発明に係る第3の実施形態に従ったバルブ装置の動作を示すフロー図である。第3の実施形態によるバルブ装置の構成は、第1の実施形態によるバルブ装置の構成と同様でよい。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the valve device according to the third embodiment of the present invention. The configuration of the valve device according to the third embodiment may be the same as the configuration of the valve device according to the first embodiment.
第3の実施形態では、通電処理後、所定の第1の規定期間(例えば、0.5秒)が経過するまでの間(S170のYES)、マイコン101は、昇圧回路107を停止状態にする(S180)。第1の規定期間におけるバルブ装置の動作は、第1の実施形態の昇圧停止期間におけるそれに相当する。また、通電処理後、所定の第2の規定期間(例えば、2秒)が経過するまでの間(S170のNOおよびS375のYES)、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを、電圧VLSに依存したDUTYよりも低い値に固定する(S380)。例えば、第3の実施形態では、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを25%とする。第2の規定期間におけるバルブ装置の動作は、第2の実施形態の低DUTY期間における動作に相当する。通電処理後、第2の規定期間が経過した場合(S375のNO)、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを、電圧VLSに依存したDUTYに戻す(S100)。従って、第3の実施形態は、第1および第2の実施形態の組合せと言ってもよい。
In the third embodiment, the
このようにして、昇圧回路107は、動作停止状態から低DUTY状態へ、さらに、低DUTY状態から電圧VLSに依存したDUTY状態へと段階的に遷移する。電圧VLSに依存したDUTYは、一般に、電圧VLSが低いときに高く、逆に電圧VLSが高いときには低く設定すればよい。例えば、電圧VLSに依存したDUTYは、電圧VLSに反比例する関係でも良いし、電圧VLSに応じて数段階に変化するものでも良い。
その他のステップS100〜S170の動作は、図5に示すステップS100〜S170の動作と同様である。よって、その詳細な説明を省略する。
In this manner, the booster circuit 107 transitions from the operation stop state to the low DUTY state, and further from the low DUTY state to the DUTY state depending on the voltage VLS. In general, the DUTY depending on the voltage VLS may be set high when the voltage VLS is low and conversely set low when the voltage VLS is high. For example, DUTY depending on the voltage VLS may be in a relationship inversely proportional to the voltage VLS, or may be changed in several steps according to the voltage VLS.
The other operations in steps S100 to S170 are the same as the operations in steps S100 to S170 shown in FIG. Therefore, the detailed description is abbreviate | omitted.
図10は、第3の実施形態によるバルブ装置の動作を示すタイミング図である。t0〜t21の通電待機状態は、図6に示すt0〜t1の通電待機状態と同様である。また、t21〜t22における開通電圧処理は、図6に示すt1〜t2の開通電圧処理と同様である。 FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the valve device according to the third embodiment. The energization standby state at t0 to t21 is the same as the energization standby state at t0 to t1 shown in FIG. Moreover, the opening voltage process in t21-t22 is the same as the opening voltage process in t1-t2 shown in FIG.
開通電処理の実行後、t22〜t23の第1の規定期間において、マイコン101は、昇圧回路107の昇圧動作を停止する(図9のS170のYESおよびS180)。このとき、第1の実施形態のステップS180の動作と同様に、補助コンデンサ116が駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。
After execution of the opening energization process, the
第1の規定期間の後、t23〜t24の第2の規定期間において、マイコン101は、昇圧回路107のDUTYを25%に固定する(図9のS170のNO、S375のYESおよびS380)。このとき、昇圧回路107のDUTYが電圧VLSに依存したDUTYよりも低いので、効率良く駆動コンデンサ115を充電する。また、昇圧回路107のDUTYが低いので、補助コンデンサ116は引き続き駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。
After the first specified period, in the second specified period from t23 to t24, the
その後、t24〜t26の動作は、図6に示すt3〜t5の動作と同様である。また、t26〜t29の動作は、閉通電処理の動作である。従って、t26〜t29の動作は、ソレノイド54への通電方向が開通電処理時t21〜t25のそれと逆になるが、それ以外の閉通電処理における昇圧回路107の動作は、開通電処理のそれ同様である。即ち、t26〜t29の昇圧動作は、t21〜t25の昇圧動作と同様である。
Thereafter, the operation from t24 to t26 is the same as the operation from t3 to t5 shown in FIG. Moreover, the operation | movement of t26-t29 is an operation | movement of a closing electricity supply process. Therefore, in the operation from t26 to t29, the energization direction to the
第3の実施形態では、通電処理直後、第1の規定期間において、昇圧回路107は停止している。この第1の規定期間において、補助コンデンサ116は駆動コンデンサ115へ電荷を供給する。これにより、この段階では、昇圧回路107が駆動コンデンサ115へ充電する電荷は無くて済む。この点で、第3の実施形態は、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 In the third embodiment, the booster circuit 107 is stopped during the first specified period immediately after the energization process. In the first specified period, the auxiliary capacitor 116 supplies electric charge to the driving capacitor 115. Thus, at this stage, there is no charge that the booster circuit 107 charges the drive capacitor 115. In this respect, the third embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment.
その後、第2の規定期間において、昇圧回路107は、低DUTYで駆動コンデンサ115を充電する。よって、第3の実施形態は、第2の実施形態の効果をも得ることができる。 Thereafter, in the second specified period, the booster circuit 107 charges the drive capacitor 115 with low DUTY. Therefore, the third embodiment can also obtain the effects of the second embodiment.
このように、第3の実施形態は、昇圧回路107を動作停止状態から低DUTY状態へ、さらに、低DUTY状態から高DUTY状態へと段階的に遷移させることによって、第1および第2の実施形態の効果を得ることができる。 As described above, in the third embodiment, the step-up circuit 107 is changed from the operation stop state to the low DUTY state, and further from the low DUTY state to the high DUTY state in a stepwise manner. The effect of form can be obtained.
第1から第3の実施形態に従ったバルブ装置は、自動水栓だけでなく、小便器洗浄にも用いることができる。 The valve device according to the first to third embodiments can be used not only for automatic faucets but also for urinal washing.
また、第1から第3の実施形態に従ったバルブ装置のように補助コンデンサ116が設けられていたとしても、短い周期でソレノイド54への通電が繰り返されると、出力電圧VLSが徐々に低下することが考えられる。この場合、昇圧回路107の出力能力を上げる必要があり、DUTYが上がり、効率が低下する。しかし、長期間(例えば、1日)のうち、ソレノイド54へ通電していない期間が通電期間よりも長い、すなわち水栓が使用されない止水期間が、水栓を使用する吐水期間より長いことは明らかである。従って、長期間におけるバルブ装置の動作頻度を考慮すれば、補助コンデンサ116の付加により、昇圧回路107からの負荷電流を平均化できることがわかる。昇圧回路107からの負荷電流を平均化することによって、昇圧回路107の負荷が時間的に分散され、昇圧回路107の出力が大電流となる状況が減り、低電流かつ高効率で動作することができる。
Even if the auxiliary capacitor 116 is provided as in the valve device according to the first to third embodiments, the output voltage VLS gradually decreases when the energization of the
16…バルブユニット(バルブ装置)
23…ソレノイドバルブ(電磁弁)
54…ソレノイドコイル
101…マイコン(制御部)
105…ソレノイド通電回路(通電部)
107…昇圧部
108…発電部
114…制限抵抗
115…駆動コンデンサ
116…補助コンデンサ
171…インダクタ
172…スイッチング素子
173…ダイオード
16 ... Valve unit (valve device)
23 ... Solenoid valve (solenoid valve)
54 ...
105 ... Solenoid energization circuit (energization section)
107: Boosting unit 108: Power generation unit 114 ... Limiting resistor 115 ... Driving capacitor 116 ...
Claims (10)
電源からの一次側電圧を昇圧して二次側電圧を生成する昇圧部と、
前記昇圧部からの出力電流により充電され、前記電磁弁を駆動するときに前記ソレノイドコイルに電流を供給する駆動コンデンサと、
前記ソレノイドコイルと前記駆動コンデンサとの間に設けられ、前記駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を開始あるいは停止する通電部と、
前記昇圧部および前記通電部を制御する制御部とを備えたラッチング式のバルブ装置であって、
前記駆動コンデンサに対して並列に接続され、前記駆動コンデンサから前記ソレノイドコイルへの通電を停止している期間に前記駆動コンデンサを充電する補助コンデンサをさらに備えたことを特徴とするバルブ装置。 A solenoid valve driven to open and close the flow path by energizing the solenoid coil;
A booster that boosts a primary side voltage from a power source to generate a secondary side voltage;
A driving capacitor that is charged by an output current from the boosting unit and supplies a current to the solenoid coil when driving the solenoid valve;
An energization unit that is provided between the solenoid coil and the drive capacitor, and starts or stops energization from the drive capacitor to the solenoid coil;
A latching type valve device comprising a control unit for controlling the boosting unit and the energization unit,
A valve device further comprising an auxiliary capacitor connected in parallel to the drive capacitor and charging the drive capacitor during a period in which energization from the drive capacitor to the solenoid coil is stopped.
前記昇圧部は前記発電部から前記一次側電圧を受けることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバルブ装置。 Further comprising a power generation unit that generates electric power by the fluid flowing through the flow path,
The valve device according to claim 1, wherein the boosting unit receives the primary voltage from the power generation unit.
前記制御部は、前記スイッチング素子の前記ソレノイドコイルへの通電を停止してから前記第1の規定期間の間、単位時間における前記スイッチング素子のオン時間の比率を示すDUTYを、前記駆動コンデンサの出力電圧に関わらず固定させることを特徴とする請求項4に記載のバルブ装置。 The boosting unit includes an inductor that induces a current from the power supply, and a switching element that induces a current in the inductor by repeatedly turning on and off, and supplies the current induced in the inductor to the driving capacitor. ,
The control unit outputs DUTY indicating a ratio of on-time of the switching element per unit time during the first specified period after stopping the energization of the solenoid coil of the switching element. The valve device according to claim 4, wherein the valve device is fixed regardless of the voltage.
前記制御部は、前記第1の規定期間の経過後、第2の規定期間が経過するまでの間、単位時間における前記スイッチング素子のオン時間の比率を示すDUTYを、前記駆動コンデンサの出力電圧に関わらず固定させることを特徴とする請求項5に記載のバルブ装置。 The boosting unit includes an inductor that induces a current from the power supply, and a switching element that induces a current in the inductor by repeatedly turning on and off, and supplies the current induced in the inductor to the driving capacitor. ,
The control unit sets, as an output voltage of the drive capacitor, DUTY indicating a ratio of an on-time of the switching element in a unit time until the second specified period elapses after the first specified period elapses. 6. The valve device according to claim 5, wherein the valve device is fixed regardless.
前記補助コンデンサは電気二重層コンデンサから成ることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のバルブ装置。 The drive capacitor comprises an electrolytic capacitor;
The valve device according to any one of claims 1 to 7, wherein the auxiliary capacitor includes an electric double layer capacitor.
前記通電部が前記駆動コンデンサを前記ソレノイドコイルへ接続して前記ソレノイドコイルへ通電し、
前記ソレノイドコイルへの通電の停止後、前記補助コンデンサが前記駆動コンデンサを充電することを具備するバルブ装置の駆動方法。 A solenoid valve driven to open and close the flow path by energizing the solenoid coil; a booster that boosts a power supply voltage; a drive capacitor connected to the output of the booster; the solenoid coil and the drive capacitor; A driving method of a latching type valve device comprising an energization section provided between the auxiliary capacitor connected in parallel to the drive capacitor,
The energization unit connects the drive capacitor to the solenoid coil to energize the solenoid coil,
A method for driving a valve device, wherein the auxiliary capacitor charges the drive capacitor after energization of the solenoid coil is stopped.
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