JP2762619B2 - 水栓の発電及び流量検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水栓の発電及び流量検出装置に係り、特に正
確に流量を検出するよう改良された水栓の発電及び流量
検出装置に関する。

〔従来の技術〕

定量止水栓など吐水水量を検出する必要がある水栓に
おいては、この水栓の流路に翼車を設けると共に、この
翼車に発電機を接続し、発電機の出力の波数をカウント
することによって流量を検出することが公知である。ま
た自動水栓など電気回路を有する水栓においては、回路
の消費電力を賄うために、上記発電機の出力を電池に充
電し、この電池から電力を得ることも公知である。ま
た、電池の過充電を防ぐために、電池が満充電の状態で
は、発電機の出力を電池に流さないようにすることも公
知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、発電機の出力を流量検出に利用すると
共に負荷回路用電力源として用いる場合、発電機に負荷
がかかった状態で翼車が回転することになり、翼車の自
由回転は抑制される。その抑制される割合は発電機にか
かる負荷の大きさはにより影響を受け、負荷の大きさが
変動すると、それに応じて翼車の回転数も変動し、検出
される流量の誤差が大きくなる。特に、流量検出中に、
電池が満充電の状態に達した場合、電池の過充電を防ぐ
ために充電電流を制限すると発電機にかかっている充電
による負荷の大きさが減少するため、上記の問題点が発
生する。

そこで、本考案においては、発電機の負荷が変動した
ときには、発電機の回転数を補正し、この補正した回転
数に基づき流量を検出することによって、流量の検出精
度が向上した水栓の発電及び流量検出装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明においては、水栓の
流路に設けられた翼車と、該翼車により駆動される発電
機とを備え、該発電機により発電を行うとともに、発電
機の回転数から流通流量を検出るす水栓の発電及び流量
検出装置において、 上記発電機の出力を充電する電池と 上記電池の充電状態を検出する検出手段と 上記電池の充電状態に応じて、電池の充電電流を制限す
る制限手段と 上記電池の充電電流の制限によって上記発電機の負荷が
変動したとき、この負荷の変動によって変化する発電機
の回転数を補正する補正手段とを備える。

〔作用〕

かかる本発明の水栓の発電及び流量検出装置において
は、電池の充電電流の制限によって、発電機の負荷が変
動し、この負荷の変動によって発電機の回転数が変化す
る。しかしながら、発電機にかかる負荷の変化を補正す
ることによって、実際の発電機の回転数を補正する、あ
るいは発電機にかかる負荷の変動による回転数の変化分
を、検出した回転数から補正し、この補正された回転数
から流量を検出することにより、検出流量の精度が高い
ものとなる。

〔実施例〕 以下、図面を参照して実施例について説明する。

第１図は実施例装置の全体構成図、第２図は回路図、
第３図はフローチャート、第４図は実施例装置の発電機
の回転数と負荷の特性図、第５図は水栓本体の平面図、
第６図は第５図のVI−VI線断面図である。

まず、第１図を参照して本実施例の水栓の発電及び流
量検出装置の全体構成について説明する。

翼車により駆動される発電機の出力は、充電電流制限
手段を介して負荷としての電池を充電し、該電池からの
給電により吐水・止水手段が駆動可能とされている。充
電状態検出手段は、電池の充電状態に応じた信号を充電
電流制限手段に出力する。充電電流制限手段は、電池が
満充電の時は充電電流を制限し、回転数補正手段を作動
させる。また、発電機の出力は、回転数補正手段を介し
て流量検出手段に入力される。吐水スイッチの操作によ
り吐水が開始されると共に、流量検出手段によって流量
検出が行われる。この検出された積算流量が所定値に達
した時に吐水・止水手段によって止水がなされる。

次に、第5,6図を参照して水栓本体１の構成について
説明する。

第５図及び第６図において、符号２は水栓殻体であ
り、流入口３と、流出口４及びこれらを連通する流路５
を備える。該流路５の途中には主弁６と発電機７とが設
けられている。

主弁６はダイヤフラムよりなり、殻体２に設けられた
円筒状の弁座８に着座可能とされ、かつばね９により着
座方向に付勢されている。主弁６の周縁部は殻体２に螺
着されたキャップ10と殻体２との間に挟持されている。
殻体２及びキャップ10には、主弁６とキャップ10との間
の主室11を主弁６よりも上流側の流路5aに連通する通路
12,13が穿設されている。該主室11は、キャップ10及び
殻体２に穿設された別の通路14,15を介して副室16に連
通され、該副室16はさらに別の通路17を介して主弁６よ
りも下流側の流路5bに連通されている。

副室16内には通路17の開口面に着座して該通路17を閉
鎖しうるように可動コア18が設けられている。可動コア
18は円柱状のものであり、その前端面は前記通路17の開
口端面と密着可能であり、後端面は若干の間隙をおいて
固定コア19と対面している。

該固定コア19はコイル20内に固定設定されており、該
コイル20はヨーク21、第１リング22、環状磁石23、第２
リング24を介して殻体２に固定されている。環状磁石23
は板厚方向に着磁されている。コイル20、リング22,2
4、環状磁石23の内孔を貫通するように円筒状シリンダ2
5が設けられており、その内部に前記固定コア19が挿入
されると共に、前記可動コア18がその軸線方向に移動可
能に挿入されている。可動コア18と固定コア19との間に
は圧縮コイルばね27が介在され、可動コア18を着座方向
に付勢している。

可動コア18が図示のように閉弁状態にある場合におい
てコイル20に通電しないときには、環状磁石23からの磁
束は第２リング24、可動コア18、固定コア19、ヨーク2
1、第１リング22の順に流れ、環状磁石23に戻る。これ
により、可動コア18と固定コア19との間には吸引力が働
く。しかし、固定コア19と可動コア18との離反距離が大
きいので、これらコア18,19同志の吸引力が弱く、ばね2
7の付勢力が該磁気吸引力を上回るようになり、可動コ
ア18は閉弁状態を継続する。

図示の閉弁状態においてコイル20に上記磁束と同方向
の磁束が発生する方向に電流を通電すると（以下、この
電流方向を正方向という。）上記の環状磁石23による磁
気吸引力が増大し、可動コア18はばね27の付勢力に打ち
勝って固定コア19に接近する。そして、一度可動コア18
が固定コア19に接近し始めると、これらコア18,19間の
ギャップが小さくなり、磁束及び磁気吸引力がますます
増大し、可動コア18は固定コア19により接近し、かつ強
固に吸引保持された開弁状態となる。

この開弁状態になったときにコイル20への通電を停止
しても、コア18,19間のギャップが小さいので、環状磁
石23の磁束による磁気吸引力だけであってもコア19がコ
ア18を吸引する力はばね27の付勢力を上回り、可動コア
18は開弁状態を維持する。

この開弁状態にあって前記正方向とは逆方向の電流を
コイル20に通電すると、固定コア19には環状磁石23から
の磁束と反対方向の磁束が生じ、この結果、ばね27の付
勢力が磁気吸引力を上回るようになり、可動コア18は固
定コア19から離反し、図示の閉弁状態となる。

可動コア18が閉弁し、主弁６が弁座８に着座した状態
においては、主弁６よりも上流側の流路5aと主室11とが
連通し、主室11と通路17とは遮断状態にある。このた
め、上流側流路5a内と主室11内との水圧が等しくなり、
ばね11の付勢力と受圧面積の差分の水圧による力が働き
主弁６が弁座８に着座した状態が継続する。

この状態において、コイル20に正方向の電流を通電す
ることにより可動コア18が移動すると、通路14,15、副
室16、通路17が連通し、主室11内が主弁６よりも下流側
の流路5bと連通する。そうすると、主室11内の水が通路
14,15、副室16、通路17を通って下流側流路5bに流出
し、上流側流路5aの水圧により主弁６が弁座８から離反
し、通水状態となる。この通水状態は、前記の通りコイ
ル20への通電を停止しても継続される。

この通水状態において、コイル20の逆方向の電流を通
電すると、可動コア18が閉弁する。そうすると、通路1
2,13を通って水が徐々に主室11内に流れ込み、弁体６が
次第に弁座８に接近し、遂には着座して止水状態とな
る。

次に発電機７の構成について説明する。

符号30はフランシス型の翼車であり、殻体２と該殻体
２に螺着されたキャップ31との間に回転自在に保持され
たシャフト32、該シャフト32に固設された円形プレート
上の翼設置板33及び翼設置板33に設けられた翼34を備え
ている。符号35,36は軸受を示す。該翼車30には磁石37
が設けられ、該磁石37は翼車30の円周方向にＮ極,S極の
磁極が交互に着磁されている。この磁石37の外周を取り
巻くようにコイル38が設けられている。符号39はコイル
ボビンであり、符号40はヨークである。翼車30が回転す
ると磁石37からヨーク40が伝わる磁束の流れが変化し、
この変化を妨げる方向にコイル38に電流が流れる。

前記翼33の外周を取り巻くように渦室41が設けられ、
主弁６側からの水は該渦室41から翼40に向かって流れ、
流出口４に至る。

次に、第２図を参照して回路構成を説明する。以下、
電池の充電電流を制限した場合に、発電機にかかる負荷
の変化を補正することによって、実際の発電機の回転数
を補正する方式をハード補正法、また、発電機にかかる
負荷の変動による回転数の変化分を、検出した回転数か
ら補正する方式をソフト補正法と呼ぶことにする。

発電機７の出力は全波整流器51で全波整流された後、
充電電流制限回路53と、ハード補正法のみ負荷補正回路
52を介して蓄電池（本実施例ではニッケル・カドミウム
電池。以下Nicdと記す。）65に入力されている。

負荷補正回路52は、NPN形トランジスタ55と抵抗58a,5
8b,59とを備えている。トランジスタ55のコレクタは抵
抗59を介して全波整流後の発電機７の出力に接続され、
ベースは抵抗58aを介してマイクロコンピュータ（以
下、マイコンと記す。）68のアウトプットポート（以
下、Ｏポートと記す。）70に接続され、さらに抵抗58b
を介して接地されている。

充電電流制限回路53は、PNP形トランジスタ56、NPN形
トランジスタ57、抵抗60a,60b、61、62a,62bとを備えて
いる。トランジスタ56のエミッタは整流後の発電機７の
出力に接続され、かつ抵抗61を介して自身のコレクタに
接続されている。また、トランジスタ56のコレクタはNi
cd65の正端子に接続され、ベースは抵抗62aを介して自
身のエミッタに接続されるとともに抵抗62bを介してト
ランジスタ57のコレクタに接続されている。トランジス
タ57のベースは抵抗60aを介してマイコン68のＯポート7
1に接続され、かつ抵抗60bを介して接地されている。

Nicd65の正端子にはダイオード67を介して乾電池66の
正端子と、電圧チェック回路54が接続されている。

電圧チェック回路54は、抵抗63、64とを備えている。
抵抗63の一方の端子はNicd65の正端子に、他方の端子は
抵抗64とマイコン68のインプットポート（以下、Ｉポー
トと記す。）72に接続されている。

発電機７の出力は、波形を矩形波にする波形整形回路
50を介してマイコン68のＩポート69に入力されている。

Nicd65及び乾電池66の正端子出力は、PNP形トランジ
スタ73、74のエミッタに接地され、これらトランジスタ
73、74のコレクタはNPN形トランジスタ75、76のコレク
タ及び前記コイル20の端子に接続されている。トランジ
スタ73、75のベース及びトランジスタ74、76のベースに
はそれぞれドライバ回路77,78が接続されており、これ
らドライバ回路77,78にはマイコン68のＯポート79、80
から制御信号が出力されている。

符号82は吐水・止水用のスイッチであり、抵抗81を介
して電池正端子に接続されている。スイッチ82と抵抗81
との間はマイコン68のＩポート83に接続されている。

ここで、第４図を参照して上記発電機の回転数と負荷
および流量との特性について説明する。

発電機の回転数と流量との特性は負荷が一定ならば、
ほぼ比例関係にあり、発電機にかかる負荷の大きさに応
じて平行移動することがわかっている。また、発電機の
出力を直接Nicd65に接続して充電した場合（通常充電
時）、充電が進むにつれてNicd65の電圧は上昇し、充電
電流は減少する傾向を示すものの、この間も回転数はほ
とんど変化せず、等価的に負荷が一定とみなせることが
わかった。しかし、発電機の出力を例えば抵抗等を介し
てNicd65に接続し、Nicd65の充電電流を制限した時は、
充電電流が減少するため当然負荷は減少する（その後一
定）。したがって、第４図に示すように、充電電流制限
時の特性ｂは、通常充電時の特性ａを一定量ΔＲだけシ
フトアップしたものとなる。

次に第３図のフローチャート図を用いて、上記回路の
作動について詳しく説明する。

ステップ84にて吐水量データ（設定された総流量）を
読み込んだ後、ステップ85に進み、吐水・止水スイッチ
82が吐水操作されたか否かを判断する。この吐水・止水
スイッチ82が一回押されると、スイッチ82の接点が閉
じ、Ｉポート83のレベルがＬとなり、吐水信号がマイコ
ン68に入力される。そうすると、ステップ86に進み、Ｏ
ポート79、80からの信号により、まずトランジスタ73、
76がオンとされる。これにより、コイル20には所定時間
だけ正方向に電流が通電され、前記可動コア18が開弁状
態となり、吐水が開始される。吐水開始と同時に発電機
７が出力し始める。

そして、ステップ87に進み、Nicd65の電圧値が、電圧
チェック回路54の抵抗63、64で分圧され、その分圧値が
Ｉポート72からマイコン68に入力され、Nicd65の充電状
態を検出し、満充電か否かが判定される。すなわち、Ni
cd65の電圧値が所定の値に達したとき満充電状態と判定
するものである。満充電でなければ、マイコン68のＯポ
ート71から制御信号を出力し、充電電流制御回路53のト
ランジスタ56、57をオン、（ハード補正法の場合は、さ
らに負荷補正回路52のトランジスタ55をオフとし）、発
電機出力をトランジスタ56を通してNicd65に直接つなぎ
充電する（ステップ89）。この状態で発電機回転数とし
てＴ秒間だけ波形整形回路50から矩形波パルス信号数が
Ｉポート69からマイコン68に読み込まれる（ステップ91
〜93）。

満充電時には逆にトランジスタ56、57をオフとして充
電電流を抵抗61で制限し（ステップ88）、充電による負
荷を小さくする。すると、第４図のように回転数がΔＲ
だけ増加する。ここで回転数の補正を行わず、Ｔ秒間に
入力されたパルス波数を流量に変換する（ステップ95）
と検出流量に誤差が生じる。そこで、ハード補正法の場
合、負荷補正回路52のトランジスタ55をオンとして、発
電機出力を抵抗59につなぎ、充電電流の制限前と同等の
負荷を発生させ、発電機の回転数が変化しないようにす
る（ステップ90）。そして、ステップ91〜93にてＴ秒間
の間に入力されたパルス波数を、流量に変換する（ステ
ップ95）。

ソフト補正法の場合、ステップ91′〜93′にてＴ秒間
の間に入力されたパルス波数から、負荷の変動による回
転数の変化分ΔＲに相当するパルス波数の変化分を補正
（この場合は減算）した（ステップ94′）後、ステップ
95に進み、流量に変換する。

そして、ステップ96に進み、総流量を積算する。この
総流量が設定量に到達していないときは、ステップ87に
戻る。

次いで、上記と同様の充電状態の検出、充電電流の制
限、流量検出、総流量の積算、総流量と設定量との比較
を行う。

積算された総流量が設定量に到達したときには、ステ
ップ97からステップ98に進み、Ｏポート79、80からの信
号によりドライバ回路77、78がトランジスタ74、75を所
定時間オンとする。これにより、コイル20には逆方向の
電流が通電され、前記可動コイルが閉弁し、止水され
る。そしてステップ99に進み、Ｏポート71からの信号に
より充電電流制限回路53を制御して、発電機７とNicd65
とをつないだ後、ハード補正法では、さらにＯポート70
により負荷補正回路52のトランジスタ55をオフとした
後、ステップ85に戻る。

このように、Nicdの満充電時には、Nicdの充電電流の
制限による発電機の回転数の変化を、ハード補正法で
は、常に負荷の大きさを一定にすることにより、発電機
の回転数の変化を無くし、ソフト補正法では、回転数の
変化分を、検出した回転数すなわちパルス波数から補正
した後、パルス波数を流量に変換するので、検出流量が
極めて精度の高い値となる。

なお、図示はしないが、吐水途中においても吐水・止
水スイッチ82が押されたときには、総流量が設定量に到
達していない場合であっても、吐水停止されるようにプ
ログラムが構成されている。

上記実施例において、かかる構成の水栓の発電及び流
量検出装置の、放電状態のNicdを用いての起動も、乾電
池66からNicdで給電されることで可能となる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の水栓の発電及び流量検出装置に
よれば、極めて精度の高い流量の検出を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の全体構成図、第２図は回路図、第
３図はフローチャート、第４図は実施例装置の発電機の
回転数と負荷の特性図、第５図は水栓本体の平面図、第
６図と第５図のVI−VI線断面図である。 ７…発電機,65…蓄電池（NiCd）,52…負荷補正回路,53
…充電電流制限回路,54…電圧チェック回路,68…マイク
ロコンピュータ。

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−17518（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−14660（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F03B 13/00 G01F 1/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水栓の流路に設けられら翼車と、該翼車に
   より駆動される発電機とを備え、該発電機により発電を
   行うとともに、発電機の回転数から流通流量を検出する
   水栓の発電及び流量検出装置において、 上記発電機の出力を充電する電池と 上記電池の充電状態を検出する検出手段と 上記電池の充電状態に応じて、電池の充電電流を制限す
   る制限手段と 上記電池の充電電流の制限によって、上記発電機の負荷
   が変動したとき、この負荷の変動によって変化する発電
   機の回転数を補正する補正手段とを設けたことを特徴と
   する水栓の発電及び流量検出装置。
2. 【請求項２】前記補正手段は、前記電池の充電電流を制
   限した場合に、実際に前記発電機にかかる負荷の変化を
   補正することによって、発電機の回転数を補正すること
   を特徴とする特許請求の範囲第一項記載の水栓の発電及
   び流量検出装置。
3. 【請求項３】前記補正手段は、前記電池の充電電流を制
   限した場合に、前記発電機にかかる負荷の変動による回
   転数の変化分を、検出した回転数から補正することを特
   徴とする特許請求の範囲第一項記載の水栓の発電及び流
   量検出装置。