JP2015023764A - 電器機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電池を備えた電気機器において、電源電池の容量を超えた電流が流れることを防止する。【解決手段】商用電源に接続された直流電源回路１１と、電源電池１２とを備え、電源電池１２は、直流電源回路１１よりも低い出力電圧が設定され、直流電源回路１１と電源電池１２とがそれぞれ逆流防止ダイオード１３を介して互いに接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電源電池を備えた電気機器の改良に関する。

図６は、そのような従来の電気機器の基本構成を示した回路図である。
電気機器１００は、商用電源に接続される直流電源回路１１と、停電時用の電源電池１２とを備え、その各々の出力は逆流防止ダイオード１３を介して互いに接続されている。モータ２及びヒータ２は電気機器１００の機能負荷の例であって、これらは制御回路１８によって制御される。

下記特許文献１は、上記のような電気機器に関連する先行技術の例である。この文献には、停電になると自動的にオンとなって電池を通電させるスイッチ回路と、その後、電池の電圧が所定値以下に低下するとそのスイッチ回路を自動的にオフにする強制オフ回路とを備えることが記載されている。

実開昭６１−７２３１号公報

ところで図６に示した構成では、直流電源回路、電源電池の内の出力電圧が高い方が全体の電力を供給することになる。ここで電気機器が停電時でも通常時と同様に全ての機能負荷の動作を実行する仕様であれば、電源電池に全ての機能負荷を同時に動作させられるだけの容量を持たせるはずであるから、問題はない。

一方電気機器が停電時には一部の機能負荷の動作のみを実行させる仕様としたい場合、コスト的見地から電源電池にはその一部の機能負荷を動作させられるだけの容量を持たせることが望ましい。しかしながら、そのような電気機器を使用している間に、電源電池の方が直流電源回路よりも出力電圧が高くなって、電源電池の電力によって全ての機能負荷が同時に動作する状況も生じ得る。例えば電源電池を新品に交換した直後等である。その結果、電源電池から容量を超えた電流が流れてしまい、電源電池の劣化を促進してしまうおそれがある。この問題は、上記特許文献に記載の構成でも同様に生じ得ると考えられる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、電源電池の容量を超えた電流が流れることが防止できる電気機器を提供することを目的としている。

本発明は、商用電源に接続された直流電源回路と、電源電池とを備えた電気機器において、前記電源電池は、前記直流電源回路よりも低い出力電圧が設定され、前記直流電源回路と前記電源電池とがそれぞれ逆流防止ダイオードを介して互いに接続されていることを特徴とする。

前記電源電池の出力電圧の上限値が、前記直流電源回路の出力電圧の下限値よりも低く設定されていてもよい。

前記電気機器は、複数の機能負荷と、通常時には前記複数の機能負荷の全ての動作を実行する一方、停電時には前記複数の機能負荷の内から予め選択された機能負荷の動作のみを実行する制御回路とを備えていてもよい。

前記一部の機能負荷及び前記制御回路は、前記直流電源回路、前記電源電池のいずれの出力電圧にも対応して動作可能に構成されていてもよい。

前記電気器は、停電中か否かを判定するための停電検知回路を備えていてもよい。

前記電気機器は便器装置であり、停電時に動作させる機能負荷は、排水機構を構成するターントラップの駆動部であってもよい。

本発明による電気機器では、電源電池は直流電源回路よりも低い出力電圧が設定され、直流電源回路と電源電池がそれぞれ逆流防止ダイオードを介して互いに接続されている。そのため通常時（非停電時）には、全ての機能負荷に対して直流電源回路から電源が供給され、電源電池からは電流が流れないから、電源電池の劣化が促進されるおそれがない。

本発明の基本的な構成の一例を示した回路図である。 直流電源回路と電源電池の出力電圧を比較したグラフである。 本発明のより発展した構成の一例を示した回路図である。 本発明を適用した便器装置の要部構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）はいずれも図４に示した便器装置の主要部の縦断面図である。 従来の電気機器の基本構成を示した回路図である。

以下、本発明の基本的な実施形態を説明する。
図１の回路図は、本発明の基本的な構成の一例であり、電気機器１は複数の機能負荷を備えることを想定している。モータ２及びヒータ３はそのような機能負荷の一例として示しているものである。

電気機器１は、商用電源に接続された直流電源回路１１と、停電時用の電源電池１２とを備えている。電源電池１２は、直流電源回路１１よりも低い出力電圧が設定されている。そして直流電源回路１１と電源電池１２とがそれぞれ逆流防止ダイオード１３を介して互いに接続されている。その接続部には電源を安定化させるために電解コンデンサ１４が設けられている。電源電池１２は一次電池を想定しているが、二次電池であってもよい。

制御回路１８は、マイコン等からなり、通常時には全ての機能負荷の動作を実行する一方、停電時には前記複数の機能負荷の内から予め選択された機能負荷の動作のみを実行するように構成されている。

機能負荷の各々は、図示しない操作部で所定操作がなされたときに動作させてもよいし、あるいは図示しないセンサ等で所定事象を検出したときに動作させてもよい。あるいは機能負荷は所定のタイミングで自動的に動作させてもよい。ただし上記のように、停電時に実行される機能負荷（以下特定の機能負荷と呼ぶ）は、停電中でもその実行が格別望まれるものとする。例えば電気機器１が便器装置であれば、停電時でも電動で排水できると安心である。また湯沸しポットであれば、コンセントを抜いていても電動で給湯できると便利である。

降圧回路２０は、レギュレータ等で構成され、制御回路１８とヒータ３とに降圧された電源を供給する。一方、モータ２は直流電源回路１１の電力を受けて動作するように構成されている。

機能負荷の各々への給電路には、制御回路１８がそれらを制御するためのスイッチ素子２１が設けられている。この制御のための手段はバイポーラトランジスタ等に制限されず、より複雑な回路であってもよい。

このように本発明では、電源電池は直流電源回路よりも低い出力電圧が設定され、直流電源回路と電源電池がそれぞれ逆流防止ダイオードを介して互いに接続されている。そのため通常時（非停電時）には、機能負荷の全てに対して直流電源回路から電源が供給され、電源電池からは電流が流れないから、電源電池の劣化が促進されるおそれがない。

図２のグラフは、上記構成における各部の電圧の上下限値を示している。上記のように電源電池１２の出力電圧Ｖ２は直流電源回路１１の出力電圧Ｖ１よりも低く設定されている。電源電池１２、直流電源回路１１の経年変化等による出力電圧Ｖ１、Ｖ２のバラつきを考慮して、電源電池１２の出力電圧Ｖ２の上限値は、直流電源回路１１の出力電圧Ｖ１の下限値よりも低く設定するとよい。

直流電源回路１１と電源電池１２との接続部の電圧Ｖ３は、通常時と停電時の両方を考慮すれば、直流電源回路１１の出力電圧の上限値に等しい上限値と、電源電池１２の出力電圧の下限値に等しい下限値を有する。

ここで複数の機能負荷の内、特定の機能負荷（例としてモータ２）は通常時停電時のいずれの場合も動作が許容され、それ以外の機能負荷（例としてヒータ３）は通常時のみ動作が許容されると想定する。その場合、特定の機能負荷として、電圧Ｖ３の範囲で動作可能な品種を採用すればよい。すなわち特定の機能負荷は、直流電源回路１１、電源電池１２のいずれの出力電圧にも対応して動作可能される。なおモータ２をＤＣブラシモータ、ブラシレスモータとしたときは電圧によって回転速度が異なるが、ステッピングモータであれば回転速度は変わらない。

降圧回路２０は、電圧Ｖ３を降圧して電圧Ｖ４を生じさせるが、電圧Ｖ４の下限値は、降圧回路２０でのロス分があるため、電圧Ｖ３の下限値よりも低くなる。マイコンは電気特性としてその電源電圧Ｖｄｄに上下限値が規定されているが、制御部１８を構成するマイコンは電源電圧Ｖｄｄの範囲が電圧Ｖ４の範囲よりも広い品種を採用すればよい。そうすれば制御部１８は、通常時、停電時のいずれの場合でも動作できる。

このように各部の電圧の上下限値を設定すれば、特定の機能負荷及び制御回路は、直流電源回路、電源電池のいずれの出力電圧にも対応して動作可能となり、停電時には、電源電池の電力によって、その特定の機能負荷が確実に動作する。

図３の回路図は、本発明のより発展した構成の一例を示している。すなわち図１に示した基本構成に対して、制御回路１８が停電中か否かを判定するための停電検知回路４が付加されている。他の構成要素は、図１に示した基本構成の場合と共通なので、同一の参照符号を付けて説明を省略する。

制御回路１８は、停電検知回路４によって直流電源回路１１の出力電圧を定期的に検知して、停電中か否かを判定する。そして通常時と判断している間は全ての機能負荷の動作を実行する一方、停電時と判断している間は特定の機能負荷のみの動作を実行する。なお停電検知回路４の構成は特に制限されない。また直流電源回路１１の出力電圧を検知するタイミングは特に制限されないが、例えば数秒間に１回程度の頻度としてもよい。あるいはいずれかの機能負荷を動作させる直前に、直流電源回路１１の出力電圧を検知する構成としてもよい。

このような停電検知回路を設けておけば、機能負荷を動作させるよりも前に停電か否かを判定できるので、機能負荷の動作エラー等に基づいて事後的に停電か否かを判定する構成に比べて、電源電池に余計な負荷をかけるおそれがない。

なお上記構成には、制御回路による停電か否かの判定結果を外部に報知するための報知手段（図示なし）、例えば警告灯を更に設けてもよい。そうすれば、使用時に電気機器の一部の機能負荷が動作しなくなっても戸惑うことがなくなる。

図４のブロック図は、本発明を適用した便器装置の要部構成を示している。便器装置は本発明に係る電気機器１の一例であり、商用電源によって洗浄、排水、シャワー、便座保温等の機能負荷を動作させる構成になっている。図３の構成と共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

操作部６には、図示しないシャワースイッチ、シャワー温度調節スイッチ、便座ヒータースイッチ、便座温度調節スイッチ等が設けられている。

本発明による便器装置は、停電中でも電源電池１２によって排水処理が実行できることを特徴としている。すなわち、便器装置の機能負荷の内、排水機構７は停電中でも所定の操作によって動作する特定の機能負荷として選択されている。このようすれば停電中、排水するためにバケツ等によって便器装置内に大量の水を注ぐ等の手間が不要になる。なお図５中のモータ２は排水機構７を駆動するＤＣモータを示しており、ヒータ３は便座８の保温ヒータを示している。

図５（ａ）−（ｂ）の縦断面図は、同一の便器装置を側方から見たときのものであって、図５（ａ）は排水待機中の状態を示し、図５（ｂ）は排水時の状態を示している。なおこれらの図では、便座８、蓋部等は省略している。

便器装置は洋式であって、便器本体９の上面には、便を受けるボウル部９ａが開口しており、その後方には（図では右側）、汚水を排出するための排水機構７と、ボウル部９ａに水道水を注水するための注水機構１０とが設けられている。

排水機構７は、ボウル部９ａの後方に設けられた排水口９ｂと下水口９ｃとの間に介在しており、気密壁７ａとターントラップ７ｂとを備えている。

ターントラップ７ｂは、柔軟な樹脂等からなる蛇腹体で、その先端部は、上下方向に回動するアーム７ｃによって、図６（ａ）のトラップ位置、図６（ｂ）のパージ位置のいずれかに位置決めされるようになっている。アーム７ｃは、モータ２によって回動される。

ここにトラップ位置は、排水待機中の位置であって、このとき水道水は、上方に向いたターントラップ７ｂの先端部の水準までボウル部９ａに溜められて、下水口９ｃを遮断する。一方、パージ位置は、排水時の位置であって、このときボウル部９ａに溜まっている汚水は、下方を向いたターントラップ７ｂを通じて下水口９ｃに排出される。

注水機構１０は水道管の蛇口に連結される電磁弁等で構成されており、制御回路１８の制御に基づいて動作する。例えば注水機構は、レバー１７の操作によって開弁し、その開弁によって生じた水道水で水力発電し、その電力を二次電池（図示なし）に蓄電し、制御回路１８によって制御されるアクチュエータ（図示なし）によって閉弁する仕組みにしてもよい。閉弁のタイミングはターントラップ７ｂの作動タイミングに連携している。注水機構１０から放たれた水道水は、図中の矢印の経路でボウル部９ａに注がれる。

注水機構１０を上記構成とした場合、二次電池は停電時用の電源電池１２として利用できるので、一次電池を別途用意する必要がなくなる。また、停電中に排水機構７を動作させるスイッチとしてレバー１７を用いてもよい。

便器装置の利用形態としては、便器装置の使用前、使用中、ターントラップ７ｂはトラップ位置であり、ボウル部９ａには水道水が溜められている。便器装置の使用後、レバー操作によってボウル部９ａを洗浄するため、注水機構１０から水道水が注水される。同時に、ターントラップ７ｂは一端パージ位置とされ、ボウル部９ａに溜まっている汚水が下水口９ｃを通じて排出される。所定時間が経過するとターントラップ７ｂはトラップ位置に戻されるが、水道水の注水はその後しばらく継続され、水道水がボウル部９ａに再び溜められる。なお停電中は、電源電池１２の電力によって、排水機構７と注水機構１０を動作させることができるが、シャワーや便座保温機能は動作させることができない。

１ 電気機器
４ 停電検知回路
１１ 直流電源回路
１２ 電源電池
１３ 逆流防止ダイオード
１８ 制御回路

Claims (6)

1. 商用電源に接続された直流電源回路と、電源電池とを備えた電気機器において、
   前記電源電池は、前記直流電源回路よりも低い出力電圧が設定され、前記直流電源回路と前記電源電池とがそれぞれ逆流防止ダイオードを介して互いに接続されていることを特徴とする電気機器。
2. 請求項１において、
   前記電源電池の出力電圧の上限値が、前記直流電源回路の出力電圧の下限値よりも低く設定されていることを特徴とする電気機器。
3. 請求項１又は請求項２において、
   複数の機能負荷と、
   通常時には前記複数の機能負荷の全ての動作を実行する一方、停電時には前記複数の機能負荷の内から予め選択された機能負荷の動作のみを実行する制御回路とを備えていることを特徴とする電気機器。
4. 請求項３において、
   前記一部の機能負荷及び前記制御回路は、前記直流電源回路、前記電源電池のいずれの出力電圧にも対応して動作可能に構成されていることを特徴とする電気機器。
5. 請求項１−４のいずれか１項において、
   停電中か否かを判定するための停電検知回路を備えていることを特徴とする電気機器。
6. 請求項１−５のいずれか１項において、
   該電気機器は便器装置であり、停電時に動作させる機能負荷は、排水機構を構成するターントラップの駆動部であることを特徴とする電気機器。

Images