JP2020165283A - トイレシステム - Google Patents

Abstract

【課題】トイレシステムを小型化すること。【解決手段】実施形態に係るトイレシステムは、第１の機器と、第２の機器と、ＰＦＣ回路と、レギュレータとを備える。第２の機器は、第１の機器よりも消費電力が小さい。ＰＦＣ回路は、交流電源に接続され、高調波電流を低減するとともに、電圧を昇圧して出力する。レギュレータは、電圧を降圧して一定電圧とする。第１の機器には、ＰＦＣ回路によって昇圧された電圧が印加される。第２の機器には、レギュレータによって降圧された電圧が印加される。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、トイレシステムに関する。

従来、モータによって駆動されるポンプによって洗浄水を大便器に供給するトイレシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＰＦＣ回路、およびインバータ回路を介して交流電源からモータに電力を供給する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５−１９０２６９号公報 特開平１０−２０１２４８号公報

ところで、トイレシステムには、ポンプを駆動するモータの他に洗浄ノズルを動作させるモータなどの他の電子機器が設けられている。そのため、トイレシステムでは、上記技術に基づき、インバータ回路などによって、ポンプを駆動するモータや、他の電子機器に印加される電圧を調整することが考えられる。

しかしながら、ポンプを駆動するために必要なモータの電力は、他の電子機器の電力よりも大きいため、ポンプを駆動するモータに流れる電流が大きくなる。そのため、ポンプを駆動するモータに電力を供給する配線、およびポンプを駆動するモータに対し、大きい電流が流れることへの対策が必要となる。

例えば、ポンプを駆動するモータの放熱量を大きくしたり、配線の径を大きくしたり、配線間の距離や、他の部材との距離を大きくしたりする必要がある。従って、トイレシステムを小型化することが困難である。

実施形態の一態様は、小型化したトイレシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るトイレシステムは、第１の機器と、前記第１の機器よりも消費電力が小さい第２の機器と、交流電源に接続され、高調波電流を低減するとともに、電圧を昇圧して出力するＰＦＣ回路と、電圧を降圧して一定電圧とするレギュレータと、を備え、前記第１の機器には、前記ＰＦＣ回路によって昇圧された電圧が印加され、前記第２の機器には、前記レギュレータによって降圧された電圧が印加されることを特徴とする。

トイレシステムは、ＰＦＣ回路によって昇圧された電圧を第１の機器に印加することで、第１の機器に流れる電流を小さくすることができ、第１の機器で発生する熱を放出する部材を小さくすることができる。また、トイレシステムは、第１の機器に電流を流す配線の径を小さくし、また配線間の距離や、他の部材との距離を小さくすることができる。そのため、トイレシステムは、小型化することができる。

また、トイレシステムは、交流電源における電圧をＰＦＣ回路によって昇圧して第１の機器に印加することで、交流電源の電圧公差に対し、第１の機器に印加する電圧の電圧公差を小さくすることができる。

また、トイレシステムは、ＰＦＣ回路を介して第１の機器に電圧を印加しつつ、第１の機器よりも消費電力が小さい第２の機器に対し、レギュレータによって降圧した一定電圧を印加することができる。そのため、トイレシステムは、システム全体における電力の消費ロスを少なくすることができる。

前記レギュレータは、前記ＰＦＣ回路に対し並列接続されることを特徴とする。

トイレシステムは、ＰＦＣ回路を介して第１の機器に電圧を印加しつつ、第１の機器よりも消費電力が小さい第２の機器に対し、レギュレータによって降圧した一定電圧を印加することができる。そのため、トイレシステムは、システム全体における電力の消費ロスを少なくすることができる。

実施形態の一態様によれば、トイレユニットを小型化することができる。

図１は、実施形態に係るトイレシステムの構成を示す概略図である。 図２は、実施形態に係るモータ駆動部と、制御装置との概略を説明するブロック図である。 図３は、実施形態に係る吐水処理を説明するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するトイレシステムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

近年、トイレシステムは、デザインの多様化と、節水化とによって貯水タンクを低い位置に配置し、貯水タンクの上端の高さを低くした、いわゆる「ローシルエットタイプ」が採用されている。このようなトイレシステムにおいては、さらなるデザインの多様化が追求されており、さらなる小型化が期待されている。

また、このようなトイレシステムは、貯水タンクに貯水された洗浄水を圧送するポンプを備えている。ポンプは、交流電源である商用電源から電力が供給されるが、トイレシステムが使用される国や、地域などの地理的要因による商用電源の電圧の公差などに起因し、ポンプによって圧送される洗浄水の水圧にばらつきが生じる。すなわち、洗浄水による洗浄性能にばらつきが生じる。

洗浄性能のばらつきを抑制するために、従来のトイレシステムでは、例えば、国や、地域などの電圧の公差に応じて、ポンプの出力を制御するためのパラメータを多数用意し、ポンプの出力を安定化させている。しかし、この場合には、国や、地域の商用電源の電圧の公差に合わせて、制御装置を設計しなければならず、トイレシステムを汎用化することが困難である。

また、従来のトイレシステムに対し、洗浄水の水圧のばらつきを考慮して、ポンプの加圧性能を余剰に持たせ、洗浄水の水圧を全体的に高くすることも考えられる。しかし、この場合、ポンプが大型になり、トイレシステムを小型化することが困難であった。

このような点に鑑み、実施形態に係るトイレシステム１は、以下の構成を有するとともに、吐水処理を実行することとした。

実施形態に係るトイレシステム１について図１を参照し説明する。図１は、実施形態に係るトイレシステム１の構成を示す概略図である。なお、図１では、水道水、および洗浄水が流れる経路（管）を実線で示し、電力線を破線で示し、制御信号などが伝達される線を一点鎖線で示す。

トイレシステム１は、便器本体２と、便器洗浄装置３とを備える。

便器本体２は、例えばトイレ室の床面に載置される。便器本体２は、汚物を受けるボウル部１０と、ボウル部１０の底部から後方へ延びる排水トラップ管路１１とを備える。ボウル部１０には、リム吐水を行うリム吐水口１２、およびジェット吐水を行うジェット吐水口１３が形成される。リム吐水口１２は、ボウル部１０の上部後方に形成され、ボウル部１０の上縁に沿って洗浄水を吐出する。

ジェット吐水口１３は、ボウル部１０の底部に形成され、排水トラップ管路１１に向けて洗浄水を吐出する。ジェット吐水口１３からの洗浄水の吐出によって、排水トラップ管路１１内を洗浄水で急速に満たし、サイホン作用を早期に発生させることができる。排水トラップ管路１１は、封水を形成するとともに、下水配管（図示せず）と連通している。

便器洗浄装置３は、便器本体２の後方に配置される。便器洗浄装置３は、貯水タンク２０と、ポンプユニット２１と、モータ駆動部２２と、ＰＦＣ（Power Factor Correction）装置２３と、電圧一定装置２４と、機能ユニット２５（第２の機器）と、制御装置２６とを備える。便器洗浄装置３には、交流電源１００、具体的には商用電源から電力が供給される。

貯水タンク２０は、給水管６０を介して水道水が供給され、供給された水道水を洗浄水として貯水する。給水管６０には、水道水の供給、および停止を切り替える電磁弁６１が設けられる。

ポンプユニット２１は、洗浄水を圧送するポンプ３０と、ポンプ３０を駆動するモータ３１（第１の機器）とを備える。ポンプ３０は、貯水タンク２０からリム吐水口１２、およびジェット吐水口１３に洗浄水を供給する供給管６２に設けられる。すなわち、リム吐水口１２、およびジェット吐水口１３からは、ポンプ３０によって加圧された洗浄水が吐水される。

なお、供給管６２には、リム吐水口１２における洗浄水の吐水、および停止を切り替える第１切替弁６３が設けられる。また、供給管６２には、ジェット吐水口１３における洗浄水の吐水、および停止を切り替える第２切替弁６４が設けられる。第１切替弁６３、および第２切替弁６４は、一つの切替弁として構成されてもよい。

モータ３１は、ＰＦＣ装置２３を介して交流電源１００から電力が供給され、ポンプ３０を駆動させる。具体的には、モータ３１は、ＰＦＣ装置２３によって昇圧された電圧が直接印加されて、回転軸（不図示）を回転させることで、ポンプ３０を駆動させる。モータ３１には、電力制御回路３１Ａと、回転数検出回路３１Ｂ（検出部）とが設けられる。

電力制御回路３１Ａは、モータ駆動部２２から出力される駆動出力信号に基づいてモータ３１をＰＷＭ制御する。

回転数検出回路３１Ｂは、モータ３１の回転軸の回転数を検出し、モータ回転数出力信号を出力する。回転数検出回路３１Ｂは、ホール素子などのセンサによって検出された信号をモータ回転数出力信号として出力する。

ＰＦＣ装置２３は、ＰＦＣ回路２３Ａを備える。ＰＦＣ回路２３Ａは、交流電源１００に接続され、高調波電流を低減させて力率を改善するとともに、電圧を昇圧する。具体的には、ＰＦＣ回路２３Ａは、交流電源１００から供給される電力に対し、高調波電流を抑制し、入力された電圧を昇圧する。これにより、電圧の下限値と上限値との差を小さくすることができ、電圧公差を小さくすることができる。ＰＦＣ装置２３によって昇圧された電圧は、ポンプユニット２１のモータ３１に駆動電圧として印加される。すなわち、モータ３１には、交流電源１００における電圧よりも電圧公差が小さい駆動電圧が印加される。

電圧一定装置２４は、交流電源１００から供給された電力における電圧を一定電圧に降圧するレギュレータ２４Ａを備える。レギュレータ２４Ａは、コンバータや、インバータを含む回路である。レギュレータ２４Ａは、交流電圧を直流電圧に変換する。電圧一定装置２４は、ＰＦＣ装置２３に対し、並列に配置される。すなわち、レギュレータ２４Ａは、ＰＦＣ回路２３Ａに対し、並列接続される。

なお、電圧一定装置２４は、複数設けられてもよい。この場合、複数の電圧一定装置２４の各レギュレータ２４Ａは、ＰＦＣ回路２３Ａに対し、それぞれ並列接続される。

機能ユニット２５は、ポンプユニット２１のモータ３１よりも消費電力（必要電力）が小さい電子機器である。機能ユニット２５は、電圧一定装置２４によって降圧された直流電圧が印加される。

機能ユニット２５は、例えば、局部洗浄ノズルや、電動開閉装置や、脱臭装置である。局部洗浄ノズルは、使用者の局部を洗浄する洗浄水を吐水する。電動開閉装置は、便蓋や、便座を自動で開閉する装置である。脱臭装置は、ボウル部１０内の空気を吸引して脱臭する装置である。

なお、機能ユニット２５は、上記機器に限られず、電圧一定装置２４を介して電圧が印加される電子機器を含む。例えば、機能ユニット２５は、電磁弁６１や、第１切替弁６３や、第２切替弁６４を動作させるアクチュエータを含む。

モータ駆動部２２は、モータ３１の電力制御回路３１Ａに駆動出力信号を出力する。また、モータ駆動部２２は、制御装置２６にモータ回転数信号を出力する。

制御装置２６は、ポンプユニット２１や、機能ユニット２５を制御する。例えば、制御装置２６は、ポンプユニット２１のモータ３１の出力、すなわちポンプ３０による洗浄水の圧送や、電磁弁６１の開閉や、局部ノズルの動作などを制御する。

次に、モータ駆動部２２、および制御装置２６の詳細について図２を参照し説明する。図２は、実施形態に係るモータ駆動部２２と、制御装置２６との概略を説明するブロック図である。

モータ駆動部２２は、第１光結合素子４０と、第２光結合素子４１と、整流回路４２と、スイッチ４３とを備える。

第１光結合素子４０は、回転数検出回路３１Ｂから出力されたモータ回転数出力信号を、一旦、光信号に変換した後に、再び電気信号に変換し、モータ回転数信号として出力する。

第２光結合素子４１は、制御装置２６から出力された駆動出力指示信号を、一旦、光信号に変換した後に、再び電気信号に変換し、駆動出力信号として出力する。

整流回路４２は、コンデンサ（不図示）や、抵抗（不図示）を含むＣＲ回路であり、第２光結合素子４１によって変換された駆動出力信号を整流する。整流回路４２によって整流された駆動出力信号は、モータ３１の電力制御回路３１Ａに出力される。

スイッチ４３は、例えば、スイッチング光結合素子であり、制御装置２６の出力制御部５３から出力される切替信号に基づいて、ＯＮ状態、またはＯＦＦ状態となる。スイッチ４３がＯＮ状態になると、モータ３１の電力制御回路３１Ａへ駆動出力信号が出力される。スイッチ４３がＯＦＦ状態になると、モータ３１の電力制御回路３１Ａへ駆動出力信号は出力されない。

制御装置２６は、記憶部５０と、制御部５１とを備える。なお、ここでは、制御装置２６のうち、ポンプユニット２１を制御する機能について説明する。

記憶部５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。

制御部５１は、回転数判別部５２と、出力制御部５３と、出力指示部５４とを備える。

制御部５１は、コントローラ（controller）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、記憶部５０内部の記憶デバイスに記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行される。これにより、制御部５１は、回転数判別部５２、出力制御部５３、および出力指示部５４として機能する。なお、回転数判別部５２、出力制御部５３、および出力指示部５４は、統合されてもよく、また複数に分割されてもよい。

回転数判別部５２は、モータ駆動部２２からモータ回転数信号が入力され、モータ回転数信号に基づく実モータ回転数と、目標モータ回転数との差を算出する。目標モータ回転数は、洗浄水の吐水状態、すなわちポンプ３０による洗浄水の圧送状態に応じて予め設定される回転数である。例えば、目標モータ回転数は、洗浄水の吐水の種類（リム吐水、およびジェット吐水）に応じて設定される。

出力制御部５３は、スイッチ４３のＯＮ状態、またはＯＦＦ状態を切り替える切替信号を生成し、出力する。

出力制御部５３は、ボウル部１０に洗浄水を吐水する場合、例えば、使用者による洗浄操作が行われた場合や、使用者の離脱を検知して自動洗浄を行う場合に、スイッチ４３をＯＮ状態にする切替信号を生成する。以下では、スイッチ４３をＯＮ状態にする切替信号「ＯＮ信号」と称する場合がある。

また、出力制御部５３は、ＯＮ信号を生成した後に、予め設定された所定洗浄時間が経過した場合に、スイッチ４３をＯＦＦ状態にする切替信号を生成する。以下では、スイッチ４３をＯＦＦ状態にする切替信号を「ＯＦＦ信号」と称する場合がある。

出力指示部５４は、算出された差がゼロとなるように、すなわち、実モータ回転数が目標モータ回転数に一致、または近づくように、駆動出力指示信号を生成する。具体的には、出力制御部５３は、フィードバック制御により、実モータ回転数が目標モータ回転数に一致、または近づくように駆動出力指示信号を生成し、モータ３１の出力を制御する。なお、出力制御部５３は、フィードフォワード制御を組み合わせて駆動出力指示信号を生成してもよい。

次に、実施形態に係る吐水処理について図３を参照し説明する。図３は、実施形態に係る吐水処理を説明するフローチャートである。

制御装置２６は、ボウル部１０への洗浄水の吐水を開始する場合には（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、ＯＮ信号を生成し、出力する（Ｓ１０１）。制御装置２６は、ボウル部１０への洗浄水の吐水を開始しない場合には（Ｓ１００：Ｎｏ）、今回の処理を終了する。

制御装置２６は、入力されたモータ回転数信号に基づいて、実モータ回転数と目標モータ回転数との差を算出する（Ｓ１０２）。そして、制御装置２６は、フィードバック制御により、実モータ回転数が目標モータ回転数に一致、または近づくように、駆動出力指示信号を生成し、出力する（Ｓ１０３）。

制御装置２６は、洗浄水の吐水を終了しない場合、具体的には、洗浄水の吐水を開始してから所定洗浄時間が経過していない場合には（Ｓ１０４：Ｎｏ）、Ｓ１０２の処理に戻り、上記する駆動出力指示信号の出力を継続する。

制御装置２６は、洗浄水の吐水を終了する場合、具体的には、洗浄水の吐水を開始してから所定洗浄時間が経過した場合には（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ＯＦＦ信号を生成し、出力する（Ｓ１０５）。

次に、実施形態に係るトイレシステム１の効果について説明する。

トイレシステム１は、交流電源１００に接続されるＰＦＣ回路２３Ａによって、高調波電流を低減するとともに、電圧を昇圧する。そして、トイレシステム１は、昇圧した電圧を、洗浄水を圧送するポンプ３０を駆動するモータ３１に印加する。

トイレシステム１は、ＰＦＣ回路２３Ａによって昇圧された電圧をモータ３１に直接印加することで、モータ３１に流れる電流を小さくすることができる。これにより、トイレシステム１は、例えば、モータ３１で発生する熱を放出するための部材などを小さくすることができる。また、トイレシステム１は、モータ３１に電流を流す配線の径を小さくし、また配線間の距離や、他の部材との距離を小さくすることができる。そのため、ポンプユニット２１などを小型化することができ、トイレシステム１を小型化することができる。また、トイレシステム１は、ＰＦＣ回路２３Ａを介してモータ３１に電圧を印加することで、高調波電流を抑制することができる。

また、トイレシステム１は、小型化することで、デザインの多様化を図ることができ、意匠性を向上させることができる。

また、トイレシステム１は、ＰＦＣ回路２３Ａによって商用電源（交流電源１００）の電圧を昇圧してモータ３１に印加する。これにより、トイレシステム１は、商用電源の電圧公差に対し、モータ３１に印加される電圧の下限値と上限値との差を小さくすることができ、電圧公差を小さくすることができる。そのため、トイレシステム１は、ポンプ３０によって圧送する洗浄水の水圧のばらつきを小さくすることができる。

従って、トイレシステム１は、トイレシステム１が使用される国や、地域における商用電源の電圧公差などに起因した洗浄水による洗浄性能のばらつきを小さくすることができる。また、トイレシステム１は、国や、地域における商用電源の電圧公差に対応した多数の制御パラメータを用意せずに、洗浄性能のばらつきを小さくすることができ、制御装置２６の設計を容易とし、トイレシステム１を汎用化することができる。

また、トイレシステム１は、ＰＦＣ回路２３Ａに対して並列接続されたレギュレータ２４Ａによって電圧を降圧して一定電圧とする。そして、トイレシステム１は、レギュレータ２４Ａによって降圧した電圧を、モータ３１よりも消費電力が小さい機能ユニット２５に印加する。

これにより、トイレシステム１は、モータ３１に昇圧した電圧を印加し、機能ユニット２５に降圧した一定電圧の電圧を印加することができ、システム全体における電力の消費ロスを少なくすることができる。

ＰＦＣ回路２３Ａによって昇圧された電圧は、昇圧によって電圧公差を小さくすることができるが、レギュレータ２４Ａなどによって整流された電圧と比較すると、多少ばらついた状態である。すなわち、ＰＦＣ回路２３Ａによって昇圧された電圧は、所定のリプル幅を有する電圧となる。

これに対し、トイレシステム１は、実モータ回転数が目標モータ回転数に近づくように、モータ３１の出力を制御する。

これにより、トイレシステム１は、ＰＦＣ回路２３Ａによって昇圧された電圧が印加されるモータ３１における出力のばらつき、すなわち、モータ３１の回転数のばらつきを抑制することができる。そのため、トイレシステム１は、ポンプ３０によって圧送する洗浄水の水圧のばらつきを小さくすることができる。従って、トイレシステム１は、洗浄性能を向上させることができる。

また、トイレシステム１は、ポンプ３０に対し、余剰な加圧性能を持たせずに、洗浄性能を向上させることができる。そのため、トイレシステム１を小型化することができる。

なお、上記実施形態では、ポンプ３０によって圧送された洗浄水をボウル部１０に吐水させるトイレシステム１を一例として説明したが、これに限られることはない。トイレシステム１は、ポンプ３０によって圧送した洗浄水をジェット吐水口１３から吐水し、かつ水道水をリム吐水口１２から吐水する、いわゆるハイブリッド式のトイレシステム１であってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ トイレシステム
２ 便器本体
３ 便器洗浄装置
２０ 貯水タンク
２１ ポンプユニット
２２ モータ駆動部
２３ ＰＦＣ装置
２３Ａ ＰＦＣ回路
２４ 電圧一定装置
２４Ａ レギュレータ
２５ 機能ユニット（機器）
２６ 制御装置
３０ ポンプ
３１ モータ
３１Ａ 電力制御回路
３１Ｂ 回転数検出回路（検出部）
５０ 記憶部
５１ 制御部
５２ 回転数判別部
５３ 出力制御部
５４ 出力指示部
１００ 交流電源

Claims (2)

1. 第１の機器と、
   前記第１の機器よりも消費電力が小さい第２の機器と、
   交流電源に接続され、高調波電流を低減するとともに、電圧を昇圧して出力するＰＦＣ回路と、
   電圧を降圧して一定電圧とするレギュレータと、
   を備え、
   前記第１の機器には、前記ＰＦＣ回路によって昇圧された電圧が印加され、
   前記第２の機器には、前記レギュレータによって降圧された電圧が印加される
   ことを特徴とするトイレシステム。
2. 前記レギュレータは、前記ＰＦＣ回路に対し並列接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載のトイレシステム。

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