JPH0467736A - 発電機による二次電池の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、発電機による二次電池の充電制御装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、発電機による二次電池の充電制御装置においては
、二次電池の電圧値の低下から容量不足を検出した場合
、発電機により発電を行い、二次電池を充電することが
公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところか、二次電池の容量の回復を電池電圧のみて検出
する場合、電池の充放電特性により検出の誤差が大きく
、電圧が上がったからといって、容量が回復していない
場合が発生していた。又、充電電流量を計測する場合、
電流計測器等、ノ＼−ド規模が大きくなり、また高価に
なる欠点があった。

この発明の目的は、電流計測器を使用することなく二次
電池を確実に充電できる発電機による二次電池の充電制
御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、第１図に示すように、回転力の付与により
発電動作を行う発電機Ｍｌと、前記発電機Ｍ１の発電動
作により充電される二次電池Ｍ２と、前記二次電池Ｍ２
により電圧が印加される負荷Ｍ３と、前記二次電池ｉＶ
１２の容量不足を検出する容量不足検出手段Ｍ４と、前
記発電機Ｍ１の回転数から推定充電電流値を求め、時間
幅とその時間幅内の前記推定充電電流値の積算値を加算
して前記二次電池Ｍ２への充電電流量を検出する充電電
流量検出手段Ｍ５と、前記容量不足検出手段Ｍ４が前記
二次電池Ｍ２の容量不足を検出したとき、前記充電電流
量検出手段Ｍ５による前記充電電流量が所定値となるま
で前記発電機Ｍ１による二次電池Ｍ２の充電を行わせる
制御手段Ｍ６とを備えた発電機による二次電池の充電制
御装置をその要旨とするものである。

〔作用〕

充電電流量検出手段Ｍ５は、発電機Ｍ１の回転数から推
定充電電流値を求め、時間幅とその時間幅内の推定充電
電流値の積算値を加算して二次電池Ｍ２への充電電流量
を検出し、制御手段Ｍ　６は容量不足検出手段Ｍ４が二
次電池Ｍ２の容量不足を検出したとき、充電電流量検出
手段Ｍ５による充電電流量が所定値となるまで発電機Ｍ
　１による二次電池Ｍ　２の充電を行わせる。その結果
、二次電池Ｍ２の電圧値のみて制御するのではなく充電
電流量を検出して制御するため適切な充電かできる。

〔実施例〕

以下、この発明を男子用小便器の自動水洗装置に具体化
した一実施例を図面に従って説明する。

第２図は男子用小便器の自動水洗装置の正面図、第３図
は男子用小便器の自動水洗装置の側面図である。

小便器１が壁２に固定され、小便器ｌの上方の壁面に自
動水洗装置３が固定されている。自動水洗装置３の正面
側には使用者か正面に立った状態で使用者の胸の当たり
に相当する高さに赤外線センサ４か配置されている。同
センサ４は投光・受光素子を有し、使用者が小便器１の
前方に立ったことを検出する。尚、自動水洗装置３は、
露出型の他にも壁埋込型でもよい。

第４図は自動水洗装置３の水栓部分の平面図であり、第
５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。

第４図及び第５図において、水栓殻体５には流入口６と
、流出ロア及びこれらを連通ずる流路８を備える。この
流路８の途中には主弁９と発電機１０とか設けられてい
る。

主弁９はダイヤフラムよりなり、殻体５に設けられた円
筒状の弁座１１に着座可能とされ、かつバネ１２により
着座方向に付勢されている。主弁９の周縁部は殻体５に
螺着されたキャップ１３と殻体５との間に挾持されてい
る。殻体５及びキャップ１３には、主弁９とキャップ１
３との間の主室１４を主弁９よりも上流側の流路８ａに
連通ずる通路１５．１６が穿設されている。該主室１４
は、キャップ１３及び殻体５に穿設された別の通路１７
．１８を介して副室１９に連通され、該副室１９はさら
に別の通路２０を介して主弁９よりも下流側の流路８ｂ
に連通されている。

副室１９内には通路２０の開口面に着座して該通路２０
を閉鎖しうるように可動コア２１か設けられている。可
動コア２１は円柱状のものであり、その前端面は前記通
路２０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２２と対面している。

該固定コア２２はコイル２３内に固定設定されており、
該コイル２３はヨーク２４、第１リンク２５、環状磁石
２６、第２リング２７を介して殻体５に固定されている
。環状磁石２６は板厚方向に着磁されている。コイル２
３、リンク２５，２７、環状磁石２６の内孔を貫通する
ように円筒状シリンダ２８か設けられており、その内部
に前記固定コア２２が挿入されると共に、前記可動コア
２１がその軸線方向に移動可能に挿入されている。

可動コア２１と固定コア２２との間には圧縮コイルバネ
２９が介在され、可動コア２１を着座方向に付勢してい
る。

可動コア２１か図示のように閉弁状態にある場合におい
てコイル２３に通電しないときには、環状磁石２６から
の磁束は第２ヂンク゛２７、可動コア２１、固定コア２
２、ヨーク２４、第１リンク′２５の順に流れ、環状磁
石２６に戻る。これにより、可動コア２１と固定コア２
２との間には吸引力か働く。しかし、固定コア２２と可
動コア２１との離反距離が大きいので、これらコア２１
．２２同志の吸引力は弱く、バネ２９の付勢力が該磁気
吸引力を上回るようになり、可動コア２１は閉弁状態を
持続する。

図示の閉弁状態においてコイル２３に上記磁束と同方向
の磁束か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２６による
磁気吸引力が増大し、可動コア２１はバネ２９の付勢力
に打ち勝って固定コア２２に接近する。そして、−度、
可動コア２１が固定コア２２に接近し始めると、これら
コア２１．２２間のギャップが小さくなり、磁束及び磁
気吸引力かますます増太し、可動コア２１は固定コア２
２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２３へノ通電を停止
しても、コア２１．２２間のキャップが小さいので、環
状磁石２６の磁束による磁気吸引力だけてあっても固定
コア２２が可動コア２１を吸引する力はバネ２９の付勢
力を上回り、可動コア２１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２３に通電すると、固定コア２２には環状磁石２６
からの磁束と反対方向の磁束が生じ、この結果、バネ２
９の付勢力が磁気吸引力を上回るようになり、可動コア
２１は固定コア２２から離反し、図示の閉弁状態となる
。

可動コア２１が閉弁し、主弁９が弁座１１に着座した状
態においては、主弁９よりも上流側の流路８ａと主室１
４とが連通し、主室１４と通路２０とは遮断状態にある
。このため、上流側流路８ａ内と主室１４内との水圧か
等しくなり、バネ１２の付勢力と受圧面積の差分の水圧
による力が働き主弁９か弁座１１に着座した状態が継続
する。

この状態において、コイル２３に正方向の電流を通電す
ることにより可動コア２１が移動すると、通路１．７，
１８、副室１９、通路２０か連通し、主室１４内か主弁
９よりも下流側の流路８ｂと連通ずる。そうすると、主
室１４内の水が通路１７゜１８、副室１９、通路２０を
通って下流側流路８ｂに流出し、上流側流路８ａの水圧
により主弁９が弁座１１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２３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２３に逆方向の電流を通
電すると、可動コア２１が閉弁する。そうすると、通路
１５．１６を通って水が徐々に主室１４内に流れ込み、
主弁９か次第に弁座１１に接近し、遂には着座して止水
状態となる。

次に、発電機１０の構成について説明する。

フランンス型の水車３０は、殻体５と該殻体５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状の
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。該水車３０に
は磁石３７が設けられ、該磁石３７は水車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か設けられている。符号
３９はコイルホビンであり、符号４０はヨークである。

水車３０か回転すると磁石３７からヨーク４０を伝わる
磁束の流れが変化し、この変化を妨ける方向にコイル３
８に電流が流れる。

前記翼３４の外周を取り巻くように渦室４１が設けられ
、主弁９側からの水は該渦室４１から翼３４に向かって
流れ、流出ロアに至る。

次に、回路構成を第６図を用いて説明する。

本実施例においては、電池４゛２は蓄電可能な一次電池
としてニッケルカドミウム電池を用い、発電機１０の出
力は、ダイオードで構成される全波整流器４３で全波整
流された後、電池４２に入力される。本目動水洗装置の
消費電力は全てこの電池４２からの給電で賠っている。

本実施例において制御部はマイクロコンピュータ（以下
、マイコンという）４４を用いて構成したものであり、
マイコン４４は従来公知のものである。

拡散反射型の赤外線センサ４は投光素子としての赤外発
光ダイオード（以下、赤外ＬＥＤという）４５、受光素
子としてのホトトランジスタ４６を備えている。赤外Ｌ
ＥＤ駆動回路４７は、トランジスタ４８を介して電池４
２の正端子に接続されている。そして、マイコン４４の
出力ポート４９からのＬ信号によってトランジスタ４８
かオンされることにより通電され、赤外ＬＥＤ４５か赤
外線を投光する。

赤外光検出回路５０は、トランジスタ５１を介して電池
４２の正端子に接続されている。そして、マイコン４４
の出力ポート５２からのＬ信号によってトランジスタ５
１がオンされることにより通電され、ホトトランジスタ
４６の受光が可能になる。赤外ＬＥＤ４５から投光され
た赤外線か使用者に当たって拡散反射し、この反射光の
一部をホトトランジスタ４６で受光し、この受光データ
を入力ポート５３を介してマイコン４４内に取り込むこ
とで使用者の有無が判定される。

電融弁駆動部５４は、トライバ回路５５．５６を備えた
従来公知の回路である。ドライバ回路５５．５６はそれ
ぞれトランジスタ５７，５８を介して電池４２の正端子
に接続され、トランジスタ５９．６０を介して接地され
ている。これらトライバ回路５５．５６にはマイコン４
４の出力ポートロ１．６２から制御信号か出力される。

これら出カポ−１−６１，６２からの信号にによりトラ
ンジスタ５８．５９がオンされると前記コイル２３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２
１が開弁状態となり給水か開始される。

止水する場合は、出力ポートロ１．６２からの信号によ
りトランジスタ５７．６０をオンとし、コイル２３に所
定時間だけ逆方向に電流を通電させると、可動コア２１
が閉弁する。尚、第６図中、６３．６４はコイル２３の
通電オフ時の高電圧からトランジスタ５７，５８，５９
．６０を保護するだめの定電圧ダイオードである。

発電機１０の出力は、波形整形回路６５を介してマイコ
ン４４の入力ポートロ６に入力される。

この波形整形回路６５は、抵抗６７．６８，６９、コン
デンサＴＯ、トランジスタ７１より成る従来公知の回路
で、発電機１０の出力波形をパルス波形に整形する。

電池４２の容量不足の検出は、抵抗７２．７３とで分圧
される電圧値を入力ポードア４に人力することで行う。

尚、第６図中、７６はマイコン４４が計時動作を行うた
めの発振器である。

次に、人検知によるマイコン４４の給水制御を、第７図
のタイムチャートと第８図のフローチャートを用いて説
明する。

マイコン４４は出力ポート４９からデユーティ−比ｆＴ
　ｌ／　（Ｔ　Ｉ　＋Ｔ　２）　ｌのパルス信号を出力
して赤外ＬＥＤ駆動回路４７を間欠駆動させ、赤外ＬＥ
Ｄ４５から赤外線をパルス投光させる。

マイコン４４は出力ポート５２からＬ信号を出力するこ
とにより赤外光検出回路５０を駆動し、ホトトランジス
タ４６か反射光の一部を受光できるようにする。この際
、出力ポート５２の信号を、パルス投光された赤外線の
反射光かホトトランジスタ４６内に存在する可能性のあ
る時間のみ赤外光検出回路５０を駆動するようなパルス
信号にすれは、外乱光による受光をカットを行うことか
でき、かつ電力の節約にもなる。

マイコン４４は入力ポート５３を介して赤外光検出回路
５０から反射赤外光の受光パルスを入力し、マイコン４
４内のカウンタで受光パルス波をカウントする。マイコ
ン４４はパルス波か連続でかつカウント数が所定値に達
した場合、使用者有りと判定する。こうした遅延を設け
ることで使用者の誤検知を防ぐことかできる。

使用者を検知すると、マイコン４４は１３秒間電磁弁（
主弁９）を開弁状態とし、１３秒間たけ給水（以下、前
洗浄という）を行う。

マイコン４４は使用者検知後も入力ポート５３から受光
パルスを入力し続け、受光パルスか無くなったとき、使
用者が立ち去ったと判定し、Ｔ４秒間電磁弁（主弁９）
を開弁状態とし、１４秒間たけ給水（以下、本洗浄とい
う）を行う。尚、ここで、受光パルスかある設定回数た
け連続して無かったときに使用者が立ち去ったとする遅
延を設けれは、誤検知をさらに防ぐことができるっ又、
前洗浄あるいは本洗浄の一方を行わないようにすること
も自由である。

次に、第８図を用いてマイコン４４による充電電流量検
出ルーチンを説明する。

前述の人検知による給水制御によると、長時間使用者か
無い場合、人検知センサ部により電力か消費されるのみ
て電池容量か低下してしまう。そこで、電池容量か低下
した場合、使用者の有無に関係なく給水を行い、発電し
て、一定量の充電エネルギーを二次電池４２に充電する
ことか不可欠である。

そこで、マイコン、４４はステップ１０１て入力ポード
ア４から抵抗７２．７３とて分圧される電圧値を人力し
、電池４２の電圧が設定値Ｖ１以下かとうかで判断する
。そして、マイコン４４はステップ１０２で容量不足が
検出されると、電磁弁（主弁９）を開け、給水を開始す
る。

ここで、第９図を用いて二次電池（本実施例ではニッケ
ルカドミウム電池）の容量−電圧特性を説明する。ニッ
ケル力ｌ”　ミウム電池は、低容量時には電圧の回復か
早く、その後はぼ満充電状態になるまで電圧値の変化は
少なく、はぼ横はいに遷移することか分か−っている。

従って、電子値のみて容量回復を検出するのは困難であ
る。即ち、電圧値Ｖ１で容量不足を検出するのは容易だ
か、電圧値ｖ２で容量回復を検出するには誤差が大きく
なってしまう。

これを防ぐには充電電流量を測定して容量回復を検出す
ればよい。そこで、本実施例では発電機１０の回転数を
基に検出する。

ここで、第１０図を参照して発電機ＩＯの回転数−充電
電流特性について説明する。

本実施例の発電機１０の回転数（ｒｐｍ）と出力（Ｗ）
は比例の関係かあることが分かつている、本実施例のよ
うに、負荷としての回路構成か第１１図のような場合、
強制充電により負荷にかかる電圧の変化へＶは（Ｖ２−
Ｖｌ　）であるが、第９図から分かるように、電池電圧
はすぐにＶ２に達するため、負荷にかる電圧はほぼ一定
と考えることかできる。従って、第１０図のように回転
数と充電電流はほぼ比例関係となる。

この関係を利用し、マイコン４４はステップ１０２で給
水を開始すると同時にステップ１０３てＴ５タイマをス
タートさせステップ１０４で人力ポートロ６から発電機
ＩＯの出力波形を変換したパルス彼を入力し、ステップ
１０５でタイムアツプしていないとステップ１０４に戻
る。このようにして、パルス数を所定時間Ｔ５だけカウ
ントする。マイコン４４はステップ１０６てこのカウン
ト数と時間Ｔ５とから回転数を検出し、さらに第１０図
の特性から電流量を検出する。即ち、カウント数をＣと
すれは回転数はＣ／Ｔ５となり、回転数Ｃ／’　Ｔ　５
のときの充電電流か第１０図の特性より■とすれば、１
５間の充電電流量は■・Ｔ５となる。

そして、マイコン４４はステップ１０７て総充電電流量
を積算し、ステップ１０８てこの総充電電流量か設定量
に達していない場合はステップ１０３に戻り、設定量に
達していれは、ステップ１０９で電磁弁を閉めて止水す
る。この設定充電電流量は、電池を満充電にするのに適
切な量である。

二のように本実施例においては、マイコン４４（容量不
足検出手段、充電電流量検出手段及び制御手段）は発電
機１０の回転数から推定充電電流値を求め（ステップ１
０６）、時間幅Ｔ５とその時間幅Ｔ５内の推定充電電流
値の積算値を加算して二次電池４２への充電電流量を検
出するようにする（ステップ１０７）。そして、マイコ
ン４４は二次電池４２の容量不足を検出したとき、充電
電流量か所定値となるまで給水して発電機１０による二
次電池４２の充電を行わせるようにした（ステップ１０
８）。その結果、電圧値のみて容量回復を検出するより
も極めて高い精度で容量回復か検出でき、充電不足や過
充電か無くなり、確実に、適切な充電か行われるととも
に、新たに電流計測器を設ける必要も無くなり、安価で
、かつ省スペース化を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれは、電流計測器を使
用することなく二次電池を確実に充電できる優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は男子小便器の自動水
洗装置の正面図、第３図は男子小便器の自動水洗装置の
側面図、第４図は自動水洗装置の水栓部分の平面図、第
５図は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図は電気回路図、第
７図はタイムチャート、第８図はフローチャート、第９
図は充電特性図、第１０図は回転数と充電電流との関係
を示す図、第１１図は発電機と負荷との接続関係を示す
図である。 Ｍｌは発電機、Ｍ２は二次電池、Ｍ３は負荷、Ｍ　、４
は容量不足検出手段、Ｍ　５は充電電流量検出手段、Ｎ
・１６は制御手段。 特許出願人　　日本電装　　株式会社 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転力の付与により発電動作を行う発電機と、前記
   発電機の発電動作により充電される二次電池と、 前記二次電池により電圧が印加される負荷と、前記二次
   電池の容量不足を検出する容量不足検出手段と、 前記発電機の回転数から推定充電電流値を求め、時間幅
   とその時間幅内の前記推定充電電流値の積算値を加算し
   て前記二次電池への充電電流量を検出する充電電流量検
   出手段と、前記容量不足検出手段が前記二次電池の容量
   不足を検出したとき、前記充電電流量検出手段による前
   記充電電流量が所定値となるまで前記発電機による二次
   電池の充電を行わせる制御手段とを備えたことを特徴と
   する発電機による二次電池の充電制御装置。