衛生洗浄装置及び発熱量制御方法及びそれを実行するためのプログラム
【課題】ヒータ発熱量を位相制御により電力可変する温水洗浄装置に於いて、位相制御により発生する電源高調波電流の低減とフリッカの発生防止を行う。
【解決手段】衛生洗浄装置２１において、各種加熱器（温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５）の発熱量を制御する制御手段をそなえ、前記制御手段は、位相制御の点弧角の所定基準値に僅かなゆらぎを加えることで、電源に生ずる高調波の発生周波数を分散させることができる。
【解決手段】衛生洗浄装置２１において、各種加熱器（温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５）の発熱量を制御する制御手段をそなえ、前記制御手段は、位相制御の点弧角の所定基準値に僅かなゆらぎを加えることで、電源に生ずる高調波の発生周波数を分散させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水洗浄便座における温水器の湯温制御、便座温度制御、乾燥の温風温度制御、室内暖房（室暖）の温風温度制御や、電気シャワーにおける温水器の湯温制御などの電力の位相制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の制御手段は、図１３に示すように、交流電源１へ温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５等の加熱器に、それぞれの加熱器を個別にスイッチングする各トライアック６〜９とを直列に接続し、温度設定部１０で設定する制御の目標値（温水温度目標値、便座温度目標値、乾燥温度目標値、室暖温度目標値）と、温度検出部１１で検出した各負荷の温度（温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度）を点弧角制御部１２で比較し制御に必要な位相角を算定しトリガー部１３へ出力する。点弧角制御部１２は、ゼロクロス点検出部１４により検出されたゼロクロス点を基準にして所定の位相角となる時間値をトリガー部１３に出力する。トリガー部７はパルス状の点弧信号を発生しトライアック６〜９に加え，トライアック６〜９の点弧角を制御して、位相制御により各負荷に印加する実効電流を増減し、所望の温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度を得るように制御していた（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、商用電源から負荷に流れ込む電流波形は正弦波ではなくなり、多くの高調波を含む歪んだ波形になる。一般に正半波（上半波）と負半波（下半波）が同じ点弧角で位相制御された場合、負荷に流れ込む電流は電源周波数の奇数倍の高調波（奇数次高調波）を持つようになる。例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合、位相制御されると１８０Ｈｚ、３００Ｈｚ、４２０Ｈｚというような６０Ｈｚ以外の周波数が現れる。また、負荷に供給する電力を増減するために、点弧角を変えて印加する実効電圧を変化させると、周期的に変化させた場合には、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚといった電源周波数の偶数倍の高調波（偶数次高調波）や、さらに、１サイクル毎に点弧角を増減した場合には、３０Ｈｚの奇数次の高調波も現れるようになる。そして、正弦波半波の中央付近で点弧する場合が一番、発生する高調波電流のレベルが高い。
【０００４】
このため他の実施例では、高レベルの高調波電流が発生する点弧角を避けて点弧する位相制御方法もある（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに他の実施例では、電源高調波電流が奇数次高調波に集中しないように、複数の全波間の点弧角において非対称性を生成することで偶数次高調波を増加させ奇数次高調波を減らすような例もある。例えば目標の供給電力を与える基準点弧角αに対して、実際はαよりも大きい点弧角α’で最初の全波を点弧し、基準点弧角αよりも小さい点弧角α”で次の全波を点弧し、これを繰り返すことで時間平均的に見た場合、負荷に目標の電力を与える方法である。この結果、電源高調波電流において偶数次高調波が生まれ、代わりに奇数次高調波の低減を実現している（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１０７４３４号公報
【特許文献２】特開平８−２５５０２７号公報
【特許文献３】特開平１０−２７１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような位相制御方法でも、まだ、電源周波数の整数倍の周波数において、高いレベルの高調波電流が発生しやすく、同じ商用電源系統につながる他の機器に悪影響を与え
る場合がある。
【０００７】
具体的な悪影響としては、次のようなことがあげられる。
【０００８】
高調波電流が多い機器は力率が低い。このため、実際に消費される電力より皮相電力が大きくなるため入力電流が多く流れる。従って電力設備に余裕が必要になる。
【０００９】
また電源は発電所から送電線や変電所・柱上トランスなどを通って各家庭に接続されているが、その電源ラインにはインピーダンスが存在している。そして高調波電流が流れるとそのインピーダンスにより電圧降下が発生し、結果として電源電圧波形が高調波を含んだ波形になる。商用電源に接続して使用される機器は、普通は商用周波数での使用を前提に作られているので、高調波が重畳された電圧波形が印加されると思わぬ不具合につながることがある。
【００１０】
高調波が重畳された電圧波形により電源ラインに接続された機器や配電設備で悪影響を受けた例としては、進相コンデンサに高調波電流が流れて発熱したり、トランスがうなったり、電圧のピーク値が下がってスイッチング電源が正常動作しなくなったりした事例がある。
【００１１】
また、上にも述べたが、電源ラインにはインピーダンスが存在しているため、負荷に供給する電力を増減すると、電圧降下量も変化し、同じ電力線系統の他の機器に印加される電圧も増減する。増減の頻度が多いと他の機器が照明機器である場合には、いわゆるフリッカ現象が起き、照明のちらつきによる不快感を人に与えることになる。人がちらつき感を覚えるのは、明るさの変化度合いにもよるが、明るさの変化頻度がだいたい１秒間に６０回以下になった場合である。
【００１２】
上述の従来の構成例の特許文献２の方法で高調波電流レベルを下げるには、大きな高調波を発生する点弧角を避けて位相制御するため、点弧角が急激に変化する点が生じて急激な電力変化や回転数変化が起き、実用化できない場合や使用感が悪くなる場合がある。
【００１３】
また、上述の従来の構成の特許文献３の方法で高調波電流レベルを下げるには、大きい点弧角α’と次に続く小さい点弧角α”との差を大きくしなければならない。しかし、この差をあまり大きなものにすると先ほどのフリッカが起こり、人に不快感を与える場合がある。
【００１４】
以上のように位相制御で負荷に与える電力を制御する場合には、電源高調波電流と同時にフリッカについても考慮する必要があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源波形を歪ませる高調波電流の発生が少なく、電源１サイクル毎の電源電圧の変化も少なく、照明器具のフリッカが実用上無視できる衛生洗浄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】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、位相制御に於いて電源周波数の高調波成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かくゆらぎ状に変化させ、平均値として所望の基準値点弧角を得て電気ヒータ等の加熱器へ供給する電力を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の衛生洗浄装置は、加熱器の位相制御時に発生する電源高調波電流を、電源周波
数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かく変化させることにより、位相制御の全ての点弧角において、高調波電流の発生を所定の許容範囲に抑え、高出力で、円滑な電力制御作用を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、交流電源の位相制御により加熱器の発熱量を制御する制御手段を備えた衛生洗浄装置において、前記制御手段は、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させたので、高調波電流の発生レベルを低下させることができる。そして、照明器具のフリッカの発生を抑えることができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明の制御を、点弧角の制御に必要な所定基準値（加熱器の所定発熱量を得るための電力出力における点弧角の基準値を示す）に対して点弧角を大または小に任意に変化させることとした。すなわち、所定基準値に対して、所定基準値以上または以下である大きな角度または小さな角度、または所定基準値に対しての大きさも種々の大きさとした角度となるように任意に点弧角を変化させ、揺らがせることで、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分に容易に分散化でき、各サイクル毎の電源電圧の変化が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させることとしたことにより、交流波形の正負が上下対象となるため、電源供給側となる柱上トランス等への負荷が軽減できる。また、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を迅速に行なうことができ高調波電流を減少させることができる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させることとしたことにより、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を更に迅速に行なうことができる。
第５の発明は、特に第１の発明の制御に、所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させることとしたので、点弧角の変化幅が制限されて、隣接するサイクルの電圧降下の変化幅が制限され、フリッカの発生を抑えることができる。
【００２２】
第６の発明は、特に第１の発明から第５の発明の制御に於いて、平均点弧角が略所定基準値になるように点弧角を変化させたので、単位時間あたりの加熱器の発生電力に変動が無く円滑な負荷の温度制御が出来る。平均点弧角については、もちろん所定基準値と同値になることが望ましいが、所定の電力量が得られ、機器の制御に問題がなければ略基準点弧角になるような平均点弧角となるように変化を制御しておけばよく、問題はない。
【００２３】
第７の発明は、特に第１から第６の発明の制御における点弧角の所定基準値に対して変化させる変化幅を、所定基準値に対してランダムに変化させることとしたので、点弧角と関連して特異的なパターンで発生する高調波電流に規則性を持たせずに分散化でき、より高調波電流の減少度を高め、電源電圧の変化にも規則性が現れない。
【００２４】
第８の発明は、特に第７の発明の制御における点弧角の所定基準値に対してランダムに変化させる変化幅を決定する乱数を、最長系列符号から生成することとしたので、制御処理を行うマイクロコンピュータ内部において乱数テーブルを持たなくてもシフトレジスタを基本とする処理で簡単に乱数を生成できる。
【００２５】
第９の発明は、特に第８の発明の制御の最長系列符号を生成するシフトレジスタのビット数を３ビット以上とすることで、乱数の個数を７個以上にでき実質上乱数に近い点弧角
の揺らぎを簡単に実現できる。
【００２６】
第１０の発明は、特に第１から第７の発明の制御に、点弧角の変化幅を所定基準値に対して予め設定した複数の変動幅で変化させることとしたので、制御時に変化させる全ての所定基準値での点弧角の高調波電流を試験で確認でき、予期せざる高調波電流の発生を除去できるとともに、点弧角の変化を発生させる回路を簡素化できる。
【００２７】
第１１の発明は、特に第１から第１０の発明の制御を、点弧角の所定基準値の変化に応じて点弧角の変化幅を変えることとしたので、所定基準値が高調波電流の発生の少ない点弧角である時は、照明のフリッカに煩わされる事無く、少ないステップ数と周期で構成する点弧角の変化で高調波電流を分散化し削減できる。
【００２８】
第１２の発明は、特に、第１から第１１の発明の制御で、位相制御の点弧角の所定基準値が０度、１８０度付近では点弧角の変化を停止することとしたので、点弧信号が位相角０度の前へ進みすぎたり、１８０度より遅れて制御され、本来１８０度近辺で点弧されるべきものが点弧しなかったり、本来無点弧であるべきものが反対側の半波で１８０度導通したりする誤点弧を防止できる。
【００２９】
第１３の発明は、交流電源の位相制御により衛生洗浄装置の電力制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる電力制御方法であり、高調波電流の発生レベルを低下させ、フリッカ現象の発生を抑えることができる。
【００３０】
第１４の発明は、第１３の発明において、電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした発熱量制御方法としたものである。これによって、基準点弧角を揺らがせることにより、高調波電流を分散させることができる。揺らがせる点弧角は、平均点弧角が略基準点弧角になるように、揺らぎ量を予め設定しておいたり、都度算出して設定したりすることによっても、設定可能であり、同様の効果を奏する。
【００３１】
第１５の発明は、第１３または第１４の発明の発熱量制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３２】
そして、プログラムであるので汎用コンピュータやサーバを用いて本発明の衛生洗浄装置の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における衛生洗浄装置の制御手段のブロック図を示すものである。
【００３５】
交流電源１と、加熱器である温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５の各負荷と、トライアック６〜９と、温度設定部１０と、温度検出部１１と、点弧角制御部１２と、トリガー部１３と、点弧角制御部１２と、ゼロクロス点検出部１４とは従来例と同一である。本発明では点弧角制御部１２とトリガー部１３との間にゆらぎ制御部１
５を新たに設けた。
【００３６】
温度設定部１０は従来例と同様に使用者が設定した所望の温水温度目標値、便座温度目標値、乾燥温度目標値、室暖温度目標値を設定する。
【００３７】
温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５の各負荷に設けた温度検出部１１の各センサ（図示せず）は各負荷の温度（温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度）を電気信号へ変換し、点弧角制御部１２へ送る。点弧角制御部１２は温度設定部１０の値と温度検出部１１の値とを比較して点弧角（以下点弧角の所定基準値という）を決め、ゼロクロス点検出部１４から得た電源のゼロクロス点を基準とした点弧角の所定基準値に相当する時間値をゆらぎ制御部１５へ出力する。ゆらぎ制御部１５は点弧角制御部１２から受けた点弧角の所定基準値を中心として電源のサイクル毎に大小に点弧角を変動させゆらぎを加えてトリガー部１３へ出力する。点弧角制御部１２およびゆらぎ制御部１５はマイクロコンピュータ、メモリー等で構成されており、ゆらぎ制御部１５のメモリーに設定された変化巾設定データに基づき点弧角を変化させた点弧信号をトリガー部１３へ送る。トリガー部１３はパルス信号を発生しトライアック６〜９を点弧して位相制御を行なう。
【００３８】
図２は本発明の第１の実施の形態における衛生洗浄装置を便器に装着した状態を示す斜視図である。
【００３９】
図２に示すように、便器２０上に衛生洗浄装置２１が装着される。タンク２２は、水道配管に接続されており、便器２０内に洗浄水を供給する。
【００４０】
衛生洗浄装置２１は、本体部２３、遠隔操作装置２４、便座部２５および蓋部２６により構成される。
【００４１】
本体部２３には、便座部２５および蓋部２６が開閉自在に取り付けられる。さらに、本体部２３には、ノズル部２７を含む洗浄水供給機構が設けられるとともに、制御部が内蔵されている。本体部２３の制御部は、後述するように遠隔操作装置２４により送信される信号に基づいて、洗浄水供給機構を制御する。さらに、便座部２５には前述の便座ヒータ３が内蔵されており、本体部２３には乾燥用の温風供給装置（図示せず）と、脱臭装置（図示せず）と、室内暖房用の室暖装置（図示せず）が収められている。温風供給装置と室暖装置にはそれぞれ前述の乾燥ヒータ４と室暖ヒータ５とが内臓されている。
【００４２】
図３は図２の遠隔操作装置２４の一例を示す模式図である。
【００４３】
図２に示すように、遠隔操作装置２４は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）２８、複数の調整スイッチ２９〜３４、おしりスイッチ３５、ビデスイッチ３６、乾燥スイッチ３７、脱臭スイッチ３８、室暖スイッチ３９および停止スイッチ４０を備える。
【００４４】
使用者により調整スイッチ２９〜３４、おしりスイッチ３５、ビデスイッチ３６、乾燥スイッチ３７、脱臭スイッチ３８、室暖スイッチ３９および停止スイッチ４０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置２４は、後述する衛生洗浄装置２１の本体部２３に設けられた制御部に所定の信号を無線送信する。本体部２３の制御部は、遠隔操作装置２４より無線送信される所定の信号を受信し、洗浄水供給機構等を制御する。
【００４５】
例えば、使用者が、おしりスイッチ３５またはビデスイッチ３６を押下操作することにより図２の本体部２３のノズル部２７が移動して洗浄水が噴出する。調整スイッチ３１の「高」を押下操作することにより図２の本体部２３の洗浄水供給機構の温水器の温水温度
目標値が変更され、温水温度が上昇する。停止スイッチ４０を押下操作することによりノズル部２７からの洗浄水の噴出が停止する。
【００４６】
また、乾燥スイッチ３７を押下操作することにより人体の局部に対して衛生洗浄装置２１の温風供給装置（図示せず）より温風が噴出される。脱臭スイッチ３８を押下操作することにより衛生洗浄装置２１の脱臭装置（図示せず）により周辺の脱臭が行われる。さらに室暖スイッチ３９を押下操作することによりトイレ全体に衛生洗浄装置２１の室暖装置（図示せず）より温風が噴出される。
【００４７】
使用者が、調整スイッチ２９〜３４を押下操作することにより、おしりスイッチ３５やビデスイッチ３６を押下操作中であれば、図２の衛生洗浄装置２１の本体部２３のノズル部２７の位置が変化したり、ノズル部２７より噴出される洗浄水の温度が変化したり、ノズル部２７より噴出される洗浄水の圧力が変化する。また、乾燥スイッチ３７や室暖スイッチ３９を押下操作中であれば、温風温度が変化する。さらに、調整スイッチ２９〜３４の押下に伴って複数のＬＥＤ（発光ダイオード）２８が点灯する。
【００４８】
以下、本発明の一実施例の衛生洗浄装置の洗浄水供給機構について説明を行う。図４は本発明の一実施例の衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の構成を示す模式図である。
【００４９】
洗浄水供給機構は図１で説明した制御手段の、温水ヒータ２を制御する構成である。
【００５０】
図４に示す本体部２３は、制御部４１、分岐水栓４２、ストレーナ４３、逆止弁４４、定流量弁４５、止水電磁弁４６、流量センサ４７、熱交換器４８、給水温度センサ４９、温水温度センサ５０、サーモスタット５１、ポンプ５２、切替弁５３およびノズル部２７を含む。また、ノズル部２７は、おしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６を含む。
【００５１】
温水温度センサ５０は図１における温度検出部１１の中のひとつのセンサである。
【００５２】
図４に示すように、水道配管５７に分岐水栓４２が介挿される。また、分岐水栓４２と熱交換器４８との間に接続される配管５８に、ストレーナ４３、逆止弁４４、定流量弁４５、止水電磁弁４６、流量センサ４７および給水温度センサ４９が順に介挿されている。さらに、熱交換器４８と切替弁５３との間に接続される配管５９に、温水温度センサ５０およびポンプ５２が介挿されている。
【００５３】
まず、水道配管５７を流れる浄水が、洗浄水として分岐水栓４２によりストレーナ４３に供給される。ストレーナ４３により洗浄水に含まれるごみや不純物等が除去される。次に、逆止弁４４により配管５８内における洗浄水の逆流が防止される。そして、定流量弁４５により配管５８内を流れる洗浄水の流量が一定に維持される。
【００５４】
また、ポンプ５２と切替弁５３との間にはリリーフ管６０が接続され、止水電磁弁４６と流量センサ４７との間には、逃がし水配管６１が接続されている。リリーフ配管６０には、リリーフ弁６２が介挿されている。リリーフ弁６２は、配管５９の特にポンプ５２の下流側の圧力が所定値を超えると開成し、異常時の機器の破損、ホースの外れ等の不具合を防止する。一方、定流量弁４５によって流量が調節され供給される洗浄水のうちポンプ５２で吸引されない洗浄水を逃がし水配管６０から放出する。これにより、水道供給圧に左右されることなくポンプ５２には所定の背圧が作用することになる。
【００５５】
次いで、流量センサ４７は、配管５８内を流れる洗浄水の流量を測定し、制御部４１に測定流量値を与える。また、給水温度センサ４９は、配管５８内を流れる洗浄水の温度を
測定し、制御部４１に温度測定値を与える。
【００５６】
続いて、熱交換器４８には、温水ヒータ２が内臓され、制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、温水ヒータ２が通電制御され、配管５８を通して供給された洗浄水を加熱する。温水温度センサ５０は、熱交換器１１により加熱される洗浄水の温度を測定し、温水温度信号を制御部４１に与え、制御部４１は温水温度が所望の温水温度目標値となるように温水ヒータ２の加熱量をフィードバック制御する。サーモスタット５１は、熱交換器４８からの温水温度を検知し、所定の温度を超過した場合に温水ヒータ２への電力供給を遮断する。
【００５７】
なお、上述の所望の温水温度目標値は、遠隔操作装置２４の調整スイッチ３１，３２により設定される値であり、図１の温度設定部１０の設定項目のひとつを表している。
【００５８】
ポンプ５２は、熱交換器４８により加熱された洗浄水を制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、切替弁５３に圧送する。切替弁５３は、制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、ノズル部２７のおしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６のいずれか１つに洗浄水を供給する。それにより、おしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６のいずれか１つより洗浄水が噴出される。
【００５９】
洗浄水供給機構における制御部４１は、図２の遠隔操作装置２４から無線送信される信号、流量センサ４７から与えられる測定流量値、給水温度センサ４９から与えられる温度測定値および温水温度センサ５０から与えられる温水温度信号に基づき止水電磁弁４６、熱交換器４８、ポンプ５２および切替弁５３に対して制御信号を与える。
【００６０】
次に図１で説明した制御手段における位相制御の動作の説明をする。
【００６１】
図５は、ゆらぎ制御部１５に与えた電源サイクル毎の点弧位相角の変化を示す図であり、同図の点線で示す点弧角の所定基準値αを中心として各サイクル（全波）毎に異なる変化角度（Δαｎ）だけ変化した点弧角α１、α２、αｎで夫々１サイクル目、２サイクル目、ｎサイクル目の点弧角を変化させている。尚、各サイクルの正負のサイクルの点弧角は同一である。
【００６２】
（表１）は、ゆらぎ制御部９が点弧角の所定基準値αに与える図５ついて述べたゆらぎ角度（Δθｎ）のサイクル順の条件表の１例であり、変化角度の最高値をレベル１で±１．１３度、レベル２で±２．２６度、レベル３で±３．４度、レベル４で±４．５３度とし、正と負の最大値間を１５段階に分けて乱数表によりサイクル順に割り当てて変化させた例を示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
（表１）の左段のｎは１から１５まで変わると再び１に戻り、同じゆらぎを繰り返すため、ゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返すことになる。
【００６５】
ゆらぎの角度の種類（乱数の個数）は、多いほど偏りのない乱数を得られるが、多すぎるとゆらぎの周期が長くなり、短時間に電源高調波を測定すると測定毎に違った結果が得られるという不具合が起こる。
【００６６】
（表１）において、レベル１の条件では１サイクル目を所定基準値＋１．１３度とし、２サイクル目では所定基準値−０．１６度として以下１５サイクルを１周期として夫々のサイクルでの点弧角を変化させた。
【００６７】
なおレベル０はゆらぎ変化を与えないことを示す。
【００６８】
上のように構成された衛生洗浄装置を用いて温水ヒータ２の発熱量を制御した場合の動作、作用を以下説明する。
【００６９】
１２００ワットの温水ヒータ２の負荷において、表１のゆらぎ変化角度表の条件を加えた場合と加えない場合の高調波発生の状況と照明のフリッカの発生を調べた結果を以下述べる。
【００７０】
図６は、点弧角の所定基準値を９０度（発熱量約６００ワット）として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時、所定の許容範囲をＪＩＳ Ｃ６１００
０−３−２限度値―高調波電流発生限度値として、これに基づいて行なった実験による第４０次までの電源高調波電流の分布を示す。
【００７１】
同図６に於いて、白色の線は高調波の次数毎のＪＩＳ Ｃ６１０００−３−２に規定された限度値（以下限度値という）を示し、黒色の線は実測値を示す。
【００７２】
いずれの高調波も限度値を下回り、４０次までの各次数の高調波の限度値と実測値との比率を示す余裕度の内の最少の余裕度は３５．１％を示す良好な結果が得られ、同時に行なった照明器具のフリッカ試験でもフリッカが観測されなかった。
【００７３】
図７は、点弧角の所定基準値を９０度として、ゆらぎ変化なしの時の電源高調波電流の分布を示す。実測値は１３次高調波電流から上の奇数次高調波電流が全て限度値を超過していることで、高調波電流の発生が大きいことを示している。また、同時に行なった照明器具のフリッカ試験ではフリッカが観測されなかった。
【００７４】
図６と図７を比較すると図６では偶数次高調波電流が生じていて、点弧角のゆらぎ変化により高調波電流の分散が生じていると判断できる。
【００７５】
さらに図７では電源周波数の整数倍の周波数の電流成分しか表示されていないが、本発明のように点弧角をランダムにゆらがせると高調波電流の周波数成分は、電源周波数の整数倍以外の周波数にも発生する。
【００７６】
（表１）におけるゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返しており、この繰り返し周波数は本実施の形態の場合は、電源周波数６０Ｈｚの１５分の１の４Ｈｚとなる。実はゆらがせた場合の高調波電流の周波数成分は、乱数が一巡する周期に依存し、乱数が１５個では電源周波数の１５サイクルで一巡するので、電源周波数の整数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散される。例えば１８０Ｈｚの３次高調波電流は、揺らがせると１８０Ｈｚを中心に高い方では１８４Ｈｚ、１８８Ｈｚ、１９２Ｈｚ、・・・、低い方では１７６Ｈｚ、１７２Ｈｚ、１６８Ｈｚ、・・・と、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分が４Ｈｚ間隔で周囲の周波数に分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分が減少する。
【００７７】
図８は点弧角の所定基準値を９０度として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時のフーリエ解析結果である。縦軸は高調波電流レベルの相対値であり、ひずみのない６０Ｈｚの正弦波の振幅を基準の１としたものである。
【００７８】
このように点弧角をゆらがせた場合は、電源周波数６０Ｈｚの奇数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散された高調波電流が存在している。
【００７９】
図９は図８との比較のために点弧角の所定基準値を９０度として、＋３．４度と−３．４度の２つの点弧角を１サイクル毎に交番させて位相制御した時のフーリエ解析結果である。電源周波数の２サイクル毎に同じ点弧角が繰り返されるため、３０Ｈｚの奇数倍の周波数のところに高調波電流が存在している。しかもこの３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は９９０Ｈｚから２１３０Ｈｚの周波数において６０Ｈｚの奇数倍の高調波電流レベルよりも高くなっている。さらに、図９の３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は、点弧角をゆらがせた場合の図８の同じ周波数の高調波電流レベルよりもかなり高いレベルの高調波電流となっている。さらに付け加えると、乱数の種類を１５個よりも多く、例えば４５個にすると、乱数が一巡する周期が電源周波数の４５サイクルになるため電源周波数６０Ｈｚの４５分の１の１．３３Ｈｚとなり、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分がさらに細かい１．３３Ｈｚ間隔で周囲の周波数にさらに細かく分散され、結果的に高いレベ
ルの高調波電流成分がさらに減少することになる。
【００８０】
図１０は、点弧角の所定基準値を９０度とし、（表１）に示すゆらぎ角度変化表のレベル１から４までと、ゆらぎ変化なしの条件（レベル０）での最少余裕率の観測データを示す図である。
【００８１】
最小余裕率は、ゆらぎ変化なしでは−４２％、ゆらぎ変化レベル１では−３０％、レベル２では−０．３％限度値を超えているが、レベル３では３５．１％、レベル４では３６．５％の余裕が生じている。このとき、同時に行なったフリッカの観測ではゆらぎ変化のレベル０からレベル３までは観測されなかったが、レベル４ではわずかにフリッカが観測された。これは、レベル４では変化幅がレベル３よりも大きくなっているが、変化幅が大きくなりすぎるとフリッカ現象を誘引するからである。従って、所定の許容範囲をＪＩＳの基準とした場合に、最少余裕率とフリッカの観測からレベル３のゆらぎ変化で良好な結果を得ることができた。従って、１２００Ｗの電熱負荷に於ける点弧角の所定基準値が９０度の場合のゆらぎ変化はレベル３が最も好ましい値となった。
【００８２】
本実施の形態の発熱量制御方法で衛生洗浄装置の加熱器が制御される場合、商用電源の配電盤から分岐された屋内配線の末端で並列に、または隣接して接続される電気機器に照明器具が含まれる場合、その照明器具のフリッカ現象の発生が防止される。通常、家庭内で使用される衛生洗浄装置は、交流電源の配線の都合上室内の照明機器と隣接して接続される可能性が非常に高く、照明との同時使用において、フリッカ現象が生じると使用者に非常に不快感を与えることになる。よって、高調波の許容範囲における余裕率とフリッカ現象発生状況によるゆらぎ変化レベルの決定は、必要不可欠である。よって、本実施の形態のように所定の許容範囲に対する余裕率と、フリッカ現象の発生に基づいて点弧角を揺らがせ変動させるレベルを決定することが望ましいが、そうでない電気機器の制御においては、余裕率にのみ基づいて決定してもよい。
【００８３】
次に、図１１はゆらぎ変化をレベル３に固定し、点弧角の所定基準値を５５度（発熱量１０００Ｗ）、７４度（発熱量８００Ｗ）、１０４度（発熱量４００Ｗ）、１２４度（発熱量２００Ｗ）に変化させて、高調波電流の発生とフリッカを試験したが、最少余裕度が夫々４５．３％、２７．９％、３５．１％、３１．６％、４０．９％を示しいずれも良好な結果が得られ、フリッカも発生しなかった。
【００８４】
（表１）に示すゆらぎ変化角度について更に説明を加えると、所定基準値に対して位相角を大小に変化させているが、これによりゆらぎ変化分の１周期（乱数の１周期）当たりの平均値をゼロとし、ゆらぎ変化の１周期（１５サイクル）毎に所定基準値を実現している。
【００８５】
次に所定基準値に対して位相角を全波毎に変化させているが、これは正負のサイクルの実効値が異なると電源に直流分を生じさせ、他の電気器具のトランスに磁気飽和などの悪影響を及ぼすのでこれを避ける為である。
【００８６】
しかしながら、ゆらぎ変化の１周期は１５サイクルで構成しているので表１の表には無いが、ゆらぎ変化の最初の１周期と次の１周期で変化の方向を逆にすれば電源に悪影響を及ぼすことも無く半波毎に変化させることも出来、より細かく高調波電流の分散化を行うことが出来る。
【００８７】
更に、表１では所定基準値に対してゆらぎ変化を所定の範囲内で変化させて、高調波電流の分散化を規制し、照明のフリッカ現象の発生を防いでいる。
【００８８】
更に、所定基準値に対してゆらぎ変化の変動幅を予め設定した値に決めている。これは負荷の消費電力が小さくなれば表１のゆらぎ変化角度表より少ないステップ数と少ないゆらぎ変化巾で高調波電流の削減が可能である。
【００８９】
更に、ゆらぎ点弧角を決める場合には、図１１に示す様に点弧角が０度又は１８０度へ近づくにつれて、最小余裕度が大きくなる傾向があり、概ね点弧角３０度以下と１５０度以上では、同一の点弧角の変動幅に対する電力変化も小さくなるのでフリッカの発生も減少し、ゆらぎ変化の変化巾を小さくしたり、変化ステップを少なくすることができる。更に、点弧角が０度、又は１８０度近辺では変動幅をもうけなくても高調波電流の発生は少なく、点弧角度が０度より進んで点弧の失敗を生じたり、又は１８０度より遅れて逆位相で誤点弧することを防止できる。
【００９０】
本実施の形態の機器制御においては、望ましくは、点弧角の所定基準値が０度又は１８０度の±５度以内で制御する場合であれば、変動させなくても、本実施の形態による所定の許容範囲を逸脱することなく、高調波の発生を低減させることが可能となる。
【００９１】
更に、（表１）に示すゆらぎ変化レベルと周期は、便座ヒータ、乾燥ヒータ、室暖ヒータなど負荷の種類とワットの大きさが異なれば、他のゆらぎ変化角度と周期の条件でも高調波電流を限度値以下に削減し、照明器具へのフリッカの発生を防ぐことができるので、表１の条件に制約されることはない。
【００９２】
更に、ゆらぎ変化を起こすための乱数を表１のような表形式で持たずに最長系列符号で生成するようにすれば、制御をつかさどるマイクロコンピュータの処理も更に簡単に行えるようになる。
【００９３】
更に最長系列符号を３ビット以上とすることで、ゆらぎ変化の１周期を１５サイクルにでき実質上偏りのない乱数を生成できる。
【００９４】
図１２は、本発明の実施の形態１における温水器４８の発熱量制御方法を説明するフローチャートであり、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ記述している。図１２においてＳＴＥＰ１は電源１の電圧波形を観測し電圧がゼロボルトになるゼロクロス点を検出するもので、検出できた場合にはＳＴＥＰ２へ、できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐する。
【００９５】
ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１１まではゼロクロス点を検出した直後に処理が行なわれるもので、まずＳＴＥＰ２ではタイマーをリセットする。このタイマーはマイクロコンピュータの中のハードウェアで構成されたものであり、プログラムの実行とは独立して一定時間ごと（例えば１マイクロ秒ごと）に計数していくものである。プログラムからはＴｉｍという変数を通じてこのタイマー値を読み出したり、値を設定したりすることができる。
【００９６】
ＳＴＥＰ３はプログラムの中で設定した１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントする。このカウンタは交流電源の全波が何番目の全波かをカウントするためのもので、本実施の形態１では２半波毎に１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントして１５進カウンタとしている。つまり計数値は半波毎のゼロクロス点を検出たびに０、０、１、１、２、２、・・・１３、１３、１４、１４のように３０回検出するまでに、０から１４までカウントアップする。そして１４の次は０に戻る。
【００９７】
ＳＴＥＰ４は使用者が遠隔操作装置２４の調整スイッチ３１および３２を押下操作して設定した温水温度目標値を温度設定部１０を通じて読み出すものである。使用者が頻繁に設定を変更してもすぐに追従できるように、ゼロクロス点を検知するたびに設定値を読み
出すようにしている。
【００９８】
ＳＴＥＰ５は温度検出部１１の温水温度センサ５０の値を読み出し、温水温度目標値に対して現在の温度との偏差を算定する。
【００９９】
ＳＴＥＰ６はＳＴＥＰ５で算定した結果から温水ヒータ２への要求発熱量を算出する。ここでは公知のＰＩＤ制御を用いて温度偏差がゼロに近づくようにフィードバック制御をおこなう。たとえば、動作開始直後で設定温度に対し現在の温度が充分に低ければ定格電力の発熱量を算出する。また、たとえば温水温度目標値に対し現在の温水温度がまだ低いが徐々に近づきつつあるときには定格の７５％の電力の発熱量を算出するなどの演算を行う。
【０１００】
ＳＴＥＰ７はＳＴＥＰ６で算出した発熱量から基準点弧角を算出する。例えば定格の７５％の電力が必要な場合は基準点弧角を６０度とする。この計算はプログラム中で三角関数演算を行なってもできるし、所望電力値に点弧角を対応させた表をプログラムで参照するようにしてもできる。
【０１０１】
ＳＴＥＰ８は基準点弧角にゆらぎ変化を与えるか禁止するかの判定を行う。ここでは基準点弧角αが５度（１８５度）以下か、１７５度（３５５度）以上の場合にはゆらぎ変化を禁止するように判定し、ＳＴＥＰ９へ進む。一方、基準点弧角αが５度（１８５度）を超えて且つ１７５度（３５５度）未満であれば、ゆらぎ変化を与えるものと判定し、ＳＴＥＰ１０へ進む。
【０１０２】
ＳＴＥＰ９ではゆらぎ変化を禁止するために、ゆらぎ変化角度Δαnをゼロとして設定
する。
【０１０３】
ＳＴＥＰ１０は予めプログラム中に構成されているゆらぎ変化角度Δαnを取り出せる
表（表１参照）からΔαｎを求めている。ここでのｎは１５進カウンタ変数Ｃｎｔの値であり、１５進カウンタ変数Ｃｎｔがインクリメントするたびにゆらぎ変化角度Δαn
が切り換る。
【０１０４】
ＳＴＥＰ１１は基準点弧角αにゆらぎ変化角度Δαnを加算した点弧角α+Δαnに相当
する電源電圧波形のゼロクロス点からの遅延時間値τを算出する。その後ＳＴＥＰ１に戻る。
【０１０５】
ここで、点弧角から遅延時間値τを算出する場合、日本においては電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合があるため、予め電源周波数がどちらなのかを設定しておく必要があるが、電源投入直後に一回行なえば良い極めて一般的な処理であるため、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ説明する本フローチャートではこの電源周波数の判定処理の記述を省略している。
【０１０６】
一方、ＳＴＥＰ１においてゼロクロス点を検出できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτと等しければ、ゼロクロス点から点弧角α+Δαnに相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１３へ進む。また、同様にＳＴＥＰ１２においてタイマーＴｉｍの値がτに等しくない場合はＳＴＥＰ１へ戻る。
【０１０７】
ＳＴＥＰ１３はトリガーパルスを出力してトライアック６をオンさせ温水ヒータ２に通電を開始する。トライアック６は一度導通すると電流がゼロにならない限り初期のオフ状態には戻らないためマイクロコンピュータからオフの制御はできないが、交流電源電圧が
ゼロクロス点になるとトライアック３を流れる電流もゼロになるためこのゼロクロス点でトライアック６もオフとなり初期状態に戻る。
【０１０８】
以上のような交流電源の半波の周期に同期して処理が行なわれるプログラム構成により点弧角を変化させる基準電力制御を容易に行なうことができる。
【０１０９】
以上のように本発明の第１の実施の形態では、温度設定部１０で使用者が設定した所望の温水温度目標値と、温度検出部１１の温水温度センサ５０の電気信号との偏差が小さくなるように制御するフィードバック制御について説明したが、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４および室暖ヒータ５についても、それぞれの温度設定部１０で設定する便座温度目標値、乾燥温度目標値および室暖温度目標値と、温度検出部１１で検出する便座温度、乾燥温度および室暖温度をとの偏差が小さくなるようにフィードバック制御する際に、同様の発熱量制御方法を用いることができる。
【０１１０】
また、回転数センサを備えた送風機や掃除機などに用いられるモータでも所望の回転数になるように同様にフィードバック制御が用いられている。このようなモータの位相制御において本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【０１１１】
なお、フィードバック制御ではないが、例えば水道水温度や気温などの外的要因に応じて電力を位相制御するフィードフォワード制御もあるが、この場合でもフィードバック制御同様に本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効である。
【０１１２】
一方、電力の位相制御を用いても、電力負荷に対する変動要因が少ない場合や、電力負荷に対する制御精度の要求が低い場合などに、フィードバック制御を行わずに予め設定した基準位相角で位相制御をする一定制御がある。このような一定制御も、センサが不要であり、制御構成が簡単になるので広く用いられている。例えば１２００Ｗ定格の調理器において電力を６００Ｗ一定に制御するような場合に、基準点弧角を９０度一定にして制御すれば、ほぼ６００Ｗ一定の電力が得られるので、あえてフィードバック制御をする必要はない。このような一定値制御においても、本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上のように、本発明にかかる衛生洗浄装置は、例えば位相制御に最大で±３．４度程度のわずかな変化を１５サイクルを１周期として与えることにより位相制御により発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化することができ、照明器具のフリッカも発生しない。したがって、高ワットの負荷を円滑に制御できるので、電熱負荷のワットコントロール、温度制御、照明器具の明るさ調整、電動機具の回転数制御など多くの特に家庭用など以外にも一般的に使用する電気器具の電力制御方法及び電力制御装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の制御手段のブロック図
【図２】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の斜視図
【図３】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の遠隔操作装置の模式図
【図４】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の模式図
【図５】同位相制御の点弧角のゆらぎ変化を示す図
【図６】本発明の位相制御のゆらぎ変化時の高調波電流分布を示すグラフ
【図７】従来の位相制御の高調波電流分布を示すグラフ
【図８】本発明の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ
【図９】従来の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ
【図１０】本発明の位相制御のゆらぎ変化条件と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１１】本発明の位相制御の点弧角の所定基準値と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１２】本発明の制御方法を説明するフローチャート
【図１３】従来の衛生洗浄装置の制御手段のブロック図
【符号の説明】
【０１１５】
２ 温水ヒータ（加熱器）
３ 便座ヒータ（加熱器）
４ 乾燥ヒータ（加熱器）
５ 室暖ヒータ（加熱器）
１０ 温度設定部
１１ 温度検出部
１２ 点弧角制御部
１４ ゼロクロス点検出部
１５ ゆらぎ制御部
２１ 衛生洗浄装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水洗浄便座における温水器の湯温制御、便座温度制御、乾燥の温風温度制御、室内暖房（室暖）の温風温度制御や、電気シャワーにおける温水器の湯温制御などの電力の位相制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の制御手段は、図１３に示すように、交流電源１へ温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５等の加熱器に、それぞれの加熱器を個別にスイッチングする各トライアック６〜９とを直列に接続し、温度設定部１０で設定する制御の目標値（温水温度目標値、便座温度目標値、乾燥温度目標値、室暖温度目標値）と、温度検出部１１で検出した各負荷の温度（温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度）を点弧角制御部１２で比較し制御に必要な位相角を算定しトリガー部１３へ出力する。点弧角制御部１２は、ゼロクロス点検出部１４により検出されたゼロクロス点を基準にして所定の位相角となる時間値をトリガー部１３に出力する。トリガー部７はパルス状の点弧信号を発生しトライアック６〜９に加え，トライアック６〜９の点弧角を制御して、位相制御により各負荷に印加する実効電流を増減し、所望の温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度を得るように制御していた（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、商用電源から負荷に流れ込む電流波形は正弦波ではなくなり、多くの高調波を含む歪んだ波形になる。一般に正半波（上半波）と負半波（下半波）が同じ点弧角で位相制御された場合、負荷に流れ込む電流は電源周波数の奇数倍の高調波（奇数次高調波）を持つようになる。例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合、位相制御されると１８０Ｈｚ、３００Ｈｚ、４２０Ｈｚというような６０Ｈｚ以外の周波数が現れる。また、負荷に供給する電力を増減するために、点弧角を変えて印加する実効電圧を変化させると、周期的に変化させた場合には、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚといった電源周波数の偶数倍の高調波（偶数次高調波）や、さらに、１サイクル毎に点弧角を増減した場合には、３０Ｈｚの奇数次の高調波も現れるようになる。そして、正弦波半波の中央付近で点弧する場合が一番、発生する高調波電流のレベルが高い。
【０００４】
このため他の実施例では、高レベルの高調波電流が発生する点弧角を避けて点弧する位相制御方法もある（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに他の実施例では、電源高調波電流が奇数次高調波に集中しないように、複数の全波間の点弧角において非対称性を生成することで偶数次高調波を増加させ奇数次高調波を減らすような例もある。例えば目標の供給電力を与える基準点弧角αに対して、実際はαよりも大きい点弧角α’で最初の全波を点弧し、基準点弧角αよりも小さい点弧角α”で次の全波を点弧し、これを繰り返すことで時間平均的に見た場合、負荷に目標の電力を与える方法である。この結果、電源高調波電流において偶数次高調波が生まれ、代わりに奇数次高調波の低減を実現している（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１０７４３４号公報
【特許文献２】特開平８−２５５０２７号公報
【特許文献３】特開平１０−２７１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような位相制御方法でも、まだ、電源周波数の整数倍の周波数において、高いレベルの高調波電流が発生しやすく、同じ商用電源系統につながる他の機器に悪影響を与え
る場合がある。
【０００７】
具体的な悪影響としては、次のようなことがあげられる。
【０００８】
高調波電流が多い機器は力率が低い。このため、実際に消費される電力より皮相電力が大きくなるため入力電流が多く流れる。従って電力設備に余裕が必要になる。
【０００９】
また電源は発電所から送電線や変電所・柱上トランスなどを通って各家庭に接続されているが、その電源ラインにはインピーダンスが存在している。そして高調波電流が流れるとそのインピーダンスにより電圧降下が発生し、結果として電源電圧波形が高調波を含んだ波形になる。商用電源に接続して使用される機器は、普通は商用周波数での使用を前提に作られているので、高調波が重畳された電圧波形が印加されると思わぬ不具合につながることがある。
【００１０】
高調波が重畳された電圧波形により電源ラインに接続された機器や配電設備で悪影響を受けた例としては、進相コンデンサに高調波電流が流れて発熱したり、トランスがうなったり、電圧のピーク値が下がってスイッチング電源が正常動作しなくなったりした事例がある。
【００１１】
また、上にも述べたが、電源ラインにはインピーダンスが存在しているため、負荷に供給する電力を増減すると、電圧降下量も変化し、同じ電力線系統の他の機器に印加される電圧も増減する。増減の頻度が多いと他の機器が照明機器である場合には、いわゆるフリッカ現象が起き、照明のちらつきによる不快感を人に与えることになる。人がちらつき感を覚えるのは、明るさの変化度合いにもよるが、明るさの変化頻度がだいたい１秒間に６０回以下になった場合である。
【００１２】
上述の従来の構成例の特許文献２の方法で高調波電流レベルを下げるには、大きな高調波を発生する点弧角を避けて位相制御するため、点弧角が急激に変化する点が生じて急激な電力変化や回転数変化が起き、実用化できない場合や使用感が悪くなる場合がある。
【００１３】
また、上述の従来の構成の特許文献３の方法で高調波電流レベルを下げるには、大きい点弧角α’と次に続く小さい点弧角α”との差を大きくしなければならない。しかし、この差をあまり大きなものにすると先ほどのフリッカが起こり、人に不快感を与える場合がある。
【００１４】
以上のように位相制御で負荷に与える電力を制御する場合には、電源高調波電流と同時にフリッカについても考慮する必要があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源波形を歪ませる高調波電流の発生が少なく、電源１サイクル毎の電源電圧の変化も少なく、照明器具のフリッカが実用上無視できる衛生洗浄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】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、位相制御に於いて電源周波数の高調波成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かくゆらぎ状に変化させ、平均値として所望の基準値点弧角を得て電気ヒータ等の加熱器へ供給する電力を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の衛生洗浄装置は、加熱器の位相制御時に発生する電源高調波電流を、電源周波
数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように所定基準点弧角を中心として点弧角を細かく変化させることにより、位相制御の全ての点弧角において、高調波電流の発生を所定の許容範囲に抑え、高出力で、円滑な電力制御作用を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、交流電源の位相制御により加熱器の発熱量を制御する制御手段を備えた衛生洗浄装置において、前記制御手段は、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させたので、高調波電流の発生レベルを低下させることができる。そして、照明器具のフリッカの発生を抑えることができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明の制御を、点弧角の制御に必要な所定基準値（加熱器の所定発熱量を得るための電力出力における点弧角の基準値を示す）に対して点弧角を大または小に任意に変化させることとした。すなわち、所定基準値に対して、所定基準値以上または以下である大きな角度または小さな角度、または所定基準値に対しての大きさも種々の大きさとした角度となるように任意に点弧角を変化させ、揺らがせることで、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分に容易に分散化でき、各サイクル毎の電源電圧の変化が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させることとしたことにより、交流波形の正負が上下対象となるため、電源供給側となる柱上トランス等への負荷が軽減できる。また、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を迅速に行なうことができ高調波電流を減少させることができる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１の発明の制御を、所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させることとしたことにより、点弧角と関連して特異的に発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の他の周波数成分への分散化を更に迅速に行なうことができる。
第５の発明は、特に第１の発明の制御に、所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させることとしたので、点弧角の変化幅が制限されて、隣接するサイクルの電圧降下の変化幅が制限され、フリッカの発生を抑えることができる。
【００２２】
第６の発明は、特に第１の発明から第５の発明の制御に於いて、平均点弧角が略所定基準値になるように点弧角を変化させたので、単位時間あたりの加熱器の発生電力に変動が無く円滑な負荷の温度制御が出来る。平均点弧角については、もちろん所定基準値と同値になることが望ましいが、所定の電力量が得られ、機器の制御に問題がなければ略基準点弧角になるような平均点弧角となるように変化を制御しておけばよく、問題はない。
【００２３】
第７の発明は、特に第１から第６の発明の制御における点弧角の所定基準値に対して変化させる変化幅を、所定基準値に対してランダムに変化させることとしたので、点弧角と関連して特異的なパターンで発生する高調波電流に規則性を持たせずに分散化でき、より高調波電流の減少度を高め、電源電圧の変化にも規則性が現れない。
【００２４】
第８の発明は、特に第７の発明の制御における点弧角の所定基準値に対してランダムに変化させる変化幅を決定する乱数を、最長系列符号から生成することとしたので、制御処理を行うマイクロコンピュータ内部において乱数テーブルを持たなくてもシフトレジスタを基本とする処理で簡単に乱数を生成できる。
【００２５】
第９の発明は、特に第８の発明の制御の最長系列符号を生成するシフトレジスタのビット数を３ビット以上とすることで、乱数の個数を７個以上にでき実質上乱数に近い点弧角
の揺らぎを簡単に実現できる。
【００２６】
第１０の発明は、特に第１から第７の発明の制御に、点弧角の変化幅を所定基準値に対して予め設定した複数の変動幅で変化させることとしたので、制御時に変化させる全ての所定基準値での点弧角の高調波電流を試験で確認でき、予期せざる高調波電流の発生を除去できるとともに、点弧角の変化を発生させる回路を簡素化できる。
【００２７】
第１１の発明は、特に第１から第１０の発明の制御を、点弧角の所定基準値の変化に応じて点弧角の変化幅を変えることとしたので、所定基準値が高調波電流の発生の少ない点弧角である時は、照明のフリッカに煩わされる事無く、少ないステップ数と周期で構成する点弧角の変化で高調波電流を分散化し削減できる。
【００２８】
第１２の発明は、特に、第１から第１１の発明の制御で、位相制御の点弧角の所定基準値が０度、１８０度付近では点弧角の変化を停止することとしたので、点弧信号が位相角０度の前へ進みすぎたり、１８０度より遅れて制御され、本来１８０度近辺で点弧されるべきものが点弧しなかったり、本来無点弧であるべきものが反対側の半波で１８０度導通したりする誤点弧を防止できる。
【００２９】
第１３の発明は、交流電源の位相制御により衛生洗浄装置の電力制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる電力制御方法であり、高調波電流の発生レベルを低下させ、フリッカ現象の発生を抑えることができる。
【００３０】
第１４の発明は、第１３の発明において、電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした発熱量制御方法としたものである。これによって、基準点弧角を揺らがせることにより、高調波電流を分散させることができる。揺らがせる点弧角は、平均点弧角が略基準点弧角になるように、揺らぎ量を予め設定しておいたり、都度算出して設定したりすることによっても、設定可能であり、同様の効果を奏する。
【００３１】
第１５の発明は、第１３または第１４の発明の発熱量制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３２】
そして、プログラムであるので汎用コンピュータやサーバを用いて本発明の衛生洗浄装置の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における衛生洗浄装置の制御手段のブロック図を示すものである。
【００３５】
交流電源１と、加熱器である温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５の各負荷と、トライアック６〜９と、温度設定部１０と、温度検出部１１と、点弧角制御部１２と、トリガー部１３と、点弧角制御部１２と、ゼロクロス点検出部１４とは従来例と同一である。本発明では点弧角制御部１２とトリガー部１３との間にゆらぎ制御部１
５を新たに設けた。
【００３６】
温度設定部１０は従来例と同様に使用者が設定した所望の温水温度目標値、便座温度目標値、乾燥温度目標値、室暖温度目標値を設定する。
【００３７】
温水ヒータ２、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４、室暖ヒータ５の各負荷に設けた温度検出部１１の各センサ（図示せず）は各負荷の温度（温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度）を電気信号へ変換し、点弧角制御部１２へ送る。点弧角制御部１２は温度設定部１０の値と温度検出部１１の値とを比較して点弧角（以下点弧角の所定基準値という）を決め、ゼロクロス点検出部１４から得た電源のゼロクロス点を基準とした点弧角の所定基準値に相当する時間値をゆらぎ制御部１５へ出力する。ゆらぎ制御部１５は点弧角制御部１２から受けた点弧角の所定基準値を中心として電源のサイクル毎に大小に点弧角を変動させゆらぎを加えてトリガー部１３へ出力する。点弧角制御部１２およびゆらぎ制御部１５はマイクロコンピュータ、メモリー等で構成されており、ゆらぎ制御部１５のメモリーに設定された変化巾設定データに基づき点弧角を変化させた点弧信号をトリガー部１３へ送る。トリガー部１３はパルス信号を発生しトライアック６〜９を点弧して位相制御を行なう。
【００３８】
図２は本発明の第１の実施の形態における衛生洗浄装置を便器に装着した状態を示す斜視図である。
【００３９】
図２に示すように、便器２０上に衛生洗浄装置２１が装着される。タンク２２は、水道配管に接続されており、便器２０内に洗浄水を供給する。
【００４０】
衛生洗浄装置２１は、本体部２３、遠隔操作装置２４、便座部２５および蓋部２６により構成される。
【００４１】
本体部２３には、便座部２５および蓋部２６が開閉自在に取り付けられる。さらに、本体部２３には、ノズル部２７を含む洗浄水供給機構が設けられるとともに、制御部が内蔵されている。本体部２３の制御部は、後述するように遠隔操作装置２４により送信される信号に基づいて、洗浄水供給機構を制御する。さらに、便座部２５には前述の便座ヒータ３が内蔵されており、本体部２３には乾燥用の温風供給装置（図示せず）と、脱臭装置（図示せず）と、室内暖房用の室暖装置（図示せず）が収められている。温風供給装置と室暖装置にはそれぞれ前述の乾燥ヒータ４と室暖ヒータ５とが内臓されている。
【００４２】
図３は図２の遠隔操作装置２４の一例を示す模式図である。
【００４３】
図２に示すように、遠隔操作装置２４は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）２８、複数の調整スイッチ２９〜３４、おしりスイッチ３５、ビデスイッチ３６、乾燥スイッチ３７、脱臭スイッチ３８、室暖スイッチ３９および停止スイッチ４０を備える。
【００４４】
使用者により調整スイッチ２９〜３４、おしりスイッチ３５、ビデスイッチ３６、乾燥スイッチ３７、脱臭スイッチ３８、室暖スイッチ３９および停止スイッチ４０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置２４は、後述する衛生洗浄装置２１の本体部２３に設けられた制御部に所定の信号を無線送信する。本体部２３の制御部は、遠隔操作装置２４より無線送信される所定の信号を受信し、洗浄水供給機構等を制御する。
【００４５】
例えば、使用者が、おしりスイッチ３５またはビデスイッチ３６を押下操作することにより図２の本体部２３のノズル部２７が移動して洗浄水が噴出する。調整スイッチ３１の「高」を押下操作することにより図２の本体部２３の洗浄水供給機構の温水器の温水温度
目標値が変更され、温水温度が上昇する。停止スイッチ４０を押下操作することによりノズル部２７からの洗浄水の噴出が停止する。
【００４６】
また、乾燥スイッチ３７を押下操作することにより人体の局部に対して衛生洗浄装置２１の温風供給装置（図示せず）より温風が噴出される。脱臭スイッチ３８を押下操作することにより衛生洗浄装置２１の脱臭装置（図示せず）により周辺の脱臭が行われる。さらに室暖スイッチ３９を押下操作することによりトイレ全体に衛生洗浄装置２１の室暖装置（図示せず）より温風が噴出される。
【００４７】
使用者が、調整スイッチ２９〜３４を押下操作することにより、おしりスイッチ３５やビデスイッチ３６を押下操作中であれば、図２の衛生洗浄装置２１の本体部２３のノズル部２７の位置が変化したり、ノズル部２７より噴出される洗浄水の温度が変化したり、ノズル部２７より噴出される洗浄水の圧力が変化する。また、乾燥スイッチ３７や室暖スイッチ３９を押下操作中であれば、温風温度が変化する。さらに、調整スイッチ２９〜３４の押下に伴って複数のＬＥＤ（発光ダイオード）２８が点灯する。
【００４８】
以下、本発明の一実施例の衛生洗浄装置の洗浄水供給機構について説明を行う。図４は本発明の一実施例の衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の構成を示す模式図である。
【００４９】
洗浄水供給機構は図１で説明した制御手段の、温水ヒータ２を制御する構成である。
【００５０】
図４に示す本体部２３は、制御部４１、分岐水栓４２、ストレーナ４３、逆止弁４４、定流量弁４５、止水電磁弁４６、流量センサ４７、熱交換器４８、給水温度センサ４９、温水温度センサ５０、サーモスタット５１、ポンプ５２、切替弁５３およびノズル部２７を含む。また、ノズル部２７は、おしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６を含む。
【００５１】
温水温度センサ５０は図１における温度検出部１１の中のひとつのセンサである。
【００５２】
図４に示すように、水道配管５７に分岐水栓４２が介挿される。また、分岐水栓４２と熱交換器４８との間に接続される配管５８に、ストレーナ４３、逆止弁４４、定流量弁４５、止水電磁弁４６、流量センサ４７および給水温度センサ４９が順に介挿されている。さらに、熱交換器４８と切替弁５３との間に接続される配管５９に、温水温度センサ５０およびポンプ５２が介挿されている。
【００５３】
まず、水道配管５７を流れる浄水が、洗浄水として分岐水栓４２によりストレーナ４３に供給される。ストレーナ４３により洗浄水に含まれるごみや不純物等が除去される。次に、逆止弁４４により配管５８内における洗浄水の逆流が防止される。そして、定流量弁４５により配管５８内を流れる洗浄水の流量が一定に維持される。
【００５４】
また、ポンプ５２と切替弁５３との間にはリリーフ管６０が接続され、止水電磁弁４６と流量センサ４７との間には、逃がし水配管６１が接続されている。リリーフ配管６０には、リリーフ弁６２が介挿されている。リリーフ弁６２は、配管５９の特にポンプ５２の下流側の圧力が所定値を超えると開成し、異常時の機器の破損、ホースの外れ等の不具合を防止する。一方、定流量弁４５によって流量が調節され供給される洗浄水のうちポンプ５２で吸引されない洗浄水を逃がし水配管６０から放出する。これにより、水道供給圧に左右されることなくポンプ５２には所定の背圧が作用することになる。
【００５５】
次いで、流量センサ４７は、配管５８内を流れる洗浄水の流量を測定し、制御部４１に測定流量値を与える。また、給水温度センサ４９は、配管５８内を流れる洗浄水の温度を
測定し、制御部４１に温度測定値を与える。
【００５６】
続いて、熱交換器４８には、温水ヒータ２が内臓され、制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、温水ヒータ２が通電制御され、配管５８を通して供給された洗浄水を加熱する。温水温度センサ５０は、熱交換器１１により加熱される洗浄水の温度を測定し、温水温度信号を制御部４１に与え、制御部４１は温水温度が所望の温水温度目標値となるように温水ヒータ２の加熱量をフィードバック制御する。サーモスタット５１は、熱交換器４８からの温水温度を検知し、所定の温度を超過した場合に温水ヒータ２への電力供給を遮断する。
【００５７】
なお、上述の所望の温水温度目標値は、遠隔操作装置２４の調整スイッチ３１，３２により設定される値であり、図１の温度設定部１０の設定項目のひとつを表している。
【００５８】
ポンプ５２は、熱交換器４８により加熱された洗浄水を制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、切替弁５３に圧送する。切替弁５３は、制御部４１により与えられる制御信号に基づいて、ノズル部２７のおしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６のいずれか１つに洗浄水を供給する。それにより、おしりノズル５４、ビデノズル５５およびノズル洗浄用ノズル５６のいずれか１つより洗浄水が噴出される。
【００５９】
洗浄水供給機構における制御部４１は、図２の遠隔操作装置２４から無線送信される信号、流量センサ４７から与えられる測定流量値、給水温度センサ４９から与えられる温度測定値および温水温度センサ５０から与えられる温水温度信号に基づき止水電磁弁４６、熱交換器４８、ポンプ５２および切替弁５３に対して制御信号を与える。
【００６０】
次に図１で説明した制御手段における位相制御の動作の説明をする。
【００６１】
図５は、ゆらぎ制御部１５に与えた電源サイクル毎の点弧位相角の変化を示す図であり、同図の点線で示す点弧角の所定基準値αを中心として各サイクル（全波）毎に異なる変化角度（Δαｎ）だけ変化した点弧角α１、α２、αｎで夫々１サイクル目、２サイクル目、ｎサイクル目の点弧角を変化させている。尚、各サイクルの正負のサイクルの点弧角は同一である。
【００６２】
（表１）は、ゆらぎ制御部９が点弧角の所定基準値αに与える図５ついて述べたゆらぎ角度（Δθｎ）のサイクル順の条件表の１例であり、変化角度の最高値をレベル１で±１．１３度、レベル２で±２．２６度、レベル３で±３．４度、レベル４で±４．５３度とし、正と負の最大値間を１５段階に分けて乱数表によりサイクル順に割り当てて変化させた例を示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
（表１）の左段のｎは１から１５まで変わると再び１に戻り、同じゆらぎを繰り返すため、ゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返すことになる。
【００６５】
ゆらぎの角度の種類（乱数の個数）は、多いほど偏りのない乱数を得られるが、多すぎるとゆらぎの周期が長くなり、短時間に電源高調波を測定すると測定毎に違った結果が得られるという不具合が起こる。
【００６６】
（表１）において、レベル１の条件では１サイクル目を所定基準値＋１．１３度とし、２サイクル目では所定基準値−０．１６度として以下１５サイクルを１周期として夫々のサイクルでの点弧角を変化させた。
【００６７】
なおレベル０はゆらぎ変化を与えないことを示す。
【００６８】
上のように構成された衛生洗浄装置を用いて温水ヒータ２の発熱量を制御した場合の動作、作用を以下説明する。
【００６９】
１２００ワットの温水ヒータ２の負荷において、表１のゆらぎ変化角度表の条件を加えた場合と加えない場合の高調波発生の状況と照明のフリッカの発生を調べた結果を以下述べる。
【００７０】
図６は、点弧角の所定基準値を９０度（発熱量約６００ワット）として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時、所定の許容範囲をＪＩＳ Ｃ６１００
０−３−２限度値―高調波電流発生限度値として、これに基づいて行なった実験による第４０次までの電源高調波電流の分布を示す。
【００７１】
同図６に於いて、白色の線は高調波の次数毎のＪＩＳ Ｃ６１０００−３−２に規定された限度値（以下限度値という）を示し、黒色の線は実測値を示す。
【００７２】
いずれの高調波も限度値を下回り、４０次までの各次数の高調波の限度値と実測値との比率を示す余裕度の内の最少の余裕度は３５．１％を示す良好な結果が得られ、同時に行なった照明器具のフリッカ試験でもフリッカが観測されなかった。
【００７３】
図７は、点弧角の所定基準値を９０度として、ゆらぎ変化なしの時の電源高調波電流の分布を示す。実測値は１３次高調波電流から上の奇数次高調波電流が全て限度値を超過していることで、高調波電流の発生が大きいことを示している。また、同時に行なった照明器具のフリッカ試験ではフリッカが観測されなかった。
【００７４】
図６と図７を比較すると図６では偶数次高調波電流が生じていて、点弧角のゆらぎ変化により高調波電流の分散が生じていると判断できる。
【００７５】
さらに図７では電源周波数の整数倍の周波数の電流成分しか表示されていないが、本発明のように点弧角をランダムにゆらがせると高調波電流の周波数成分は、電源周波数の整数倍以外の周波数にも発生する。
【００７６】
（表１）におけるゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返しており、この繰り返し周波数は本実施の形態の場合は、電源周波数６０Ｈｚの１５分の１の４Ｈｚとなる。実はゆらがせた場合の高調波電流の周波数成分は、乱数が一巡する周期に依存し、乱数が１５個では電源周波数の１５サイクルで一巡するので、電源周波数の整数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散される。例えば１８０Ｈｚの３次高調波電流は、揺らがせると１８０Ｈｚを中心に高い方では１８４Ｈｚ、１８８Ｈｚ、１９２Ｈｚ、・・・、低い方では１７６Ｈｚ、１７２Ｈｚ、１６８Ｈｚ、・・・と、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分が４Ｈｚ間隔で周囲の周波数に分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分が減少する。
【００７７】
図８は点弧角の所定基準値を９０度として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時のフーリエ解析結果である。縦軸は高調波電流レベルの相対値であり、ひずみのない６０Ｈｚの正弦波の振幅を基準の１としたものである。
【００７８】
このように点弧角をゆらがせた場合は、電源周波数６０Ｈｚの奇数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散された高調波電流が存在している。
【００７９】
図９は図８との比較のために点弧角の所定基準値を９０度として、＋３．４度と−３．４度の２つの点弧角を１サイクル毎に交番させて位相制御した時のフーリエ解析結果である。電源周波数の２サイクル毎に同じ点弧角が繰り返されるため、３０Ｈｚの奇数倍の周波数のところに高調波電流が存在している。しかもこの３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は９９０Ｈｚから２１３０Ｈｚの周波数において６０Ｈｚの奇数倍の高調波電流レベルよりも高くなっている。さらに、図９の３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は、点弧角をゆらがせた場合の図８の同じ周波数の高調波電流レベルよりもかなり高いレベルの高調波電流となっている。さらに付け加えると、乱数の種類を１５個よりも多く、例えば４５個にすると、乱数が一巡する周期が電源周波数の４５サイクルになるため電源周波数６０Ｈｚの４５分の１の１．３３Ｈｚとなり、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分がさらに細かい１．３３Ｈｚ間隔で周囲の周波数にさらに細かく分散され、結果的に高いレベ
ルの高調波電流成分がさらに減少することになる。
【００８０】
図１０は、点弧角の所定基準値を９０度とし、（表１）に示すゆらぎ角度変化表のレベル１から４までと、ゆらぎ変化なしの条件（レベル０）での最少余裕率の観測データを示す図である。
【００８１】
最小余裕率は、ゆらぎ変化なしでは−４２％、ゆらぎ変化レベル１では−３０％、レベル２では−０．３％限度値を超えているが、レベル３では３５．１％、レベル４では３６．５％の余裕が生じている。このとき、同時に行なったフリッカの観測ではゆらぎ変化のレベル０からレベル３までは観測されなかったが、レベル４ではわずかにフリッカが観測された。これは、レベル４では変化幅がレベル３よりも大きくなっているが、変化幅が大きくなりすぎるとフリッカ現象を誘引するからである。従って、所定の許容範囲をＪＩＳの基準とした場合に、最少余裕率とフリッカの観測からレベル３のゆらぎ変化で良好な結果を得ることができた。従って、１２００Ｗの電熱負荷に於ける点弧角の所定基準値が９０度の場合のゆらぎ変化はレベル３が最も好ましい値となった。
【００８２】
本実施の形態の発熱量制御方法で衛生洗浄装置の加熱器が制御される場合、商用電源の配電盤から分岐された屋内配線の末端で並列に、または隣接して接続される電気機器に照明器具が含まれる場合、その照明器具のフリッカ現象の発生が防止される。通常、家庭内で使用される衛生洗浄装置は、交流電源の配線の都合上室内の照明機器と隣接して接続される可能性が非常に高く、照明との同時使用において、フリッカ現象が生じると使用者に非常に不快感を与えることになる。よって、高調波の許容範囲における余裕率とフリッカ現象発生状況によるゆらぎ変化レベルの決定は、必要不可欠である。よって、本実施の形態のように所定の許容範囲に対する余裕率と、フリッカ現象の発生に基づいて点弧角を揺らがせ変動させるレベルを決定することが望ましいが、そうでない電気機器の制御においては、余裕率にのみ基づいて決定してもよい。
【００８３】
次に、図１１はゆらぎ変化をレベル３に固定し、点弧角の所定基準値を５５度（発熱量１０００Ｗ）、７４度（発熱量８００Ｗ）、１０４度（発熱量４００Ｗ）、１２４度（発熱量２００Ｗ）に変化させて、高調波電流の発生とフリッカを試験したが、最少余裕度が夫々４５．３％、２７．９％、３５．１％、３１．６％、４０．９％を示しいずれも良好な結果が得られ、フリッカも発生しなかった。
【００８４】
（表１）に示すゆらぎ変化角度について更に説明を加えると、所定基準値に対して位相角を大小に変化させているが、これによりゆらぎ変化分の１周期（乱数の１周期）当たりの平均値をゼロとし、ゆらぎ変化の１周期（１５サイクル）毎に所定基準値を実現している。
【００８５】
次に所定基準値に対して位相角を全波毎に変化させているが、これは正負のサイクルの実効値が異なると電源に直流分を生じさせ、他の電気器具のトランスに磁気飽和などの悪影響を及ぼすのでこれを避ける為である。
【００８６】
しかしながら、ゆらぎ変化の１周期は１５サイクルで構成しているので表１の表には無いが、ゆらぎ変化の最初の１周期と次の１周期で変化の方向を逆にすれば電源に悪影響を及ぼすことも無く半波毎に変化させることも出来、より細かく高調波電流の分散化を行うことが出来る。
【００８７】
更に、表１では所定基準値に対してゆらぎ変化を所定の範囲内で変化させて、高調波電流の分散化を規制し、照明のフリッカ現象の発生を防いでいる。
【００８８】
更に、所定基準値に対してゆらぎ変化の変動幅を予め設定した値に決めている。これは負荷の消費電力が小さくなれば表１のゆらぎ変化角度表より少ないステップ数と少ないゆらぎ変化巾で高調波電流の削減が可能である。
【００８９】
更に、ゆらぎ点弧角を決める場合には、図１１に示す様に点弧角が０度又は１８０度へ近づくにつれて、最小余裕度が大きくなる傾向があり、概ね点弧角３０度以下と１５０度以上では、同一の点弧角の変動幅に対する電力変化も小さくなるのでフリッカの発生も減少し、ゆらぎ変化の変化巾を小さくしたり、変化ステップを少なくすることができる。更に、点弧角が０度、又は１８０度近辺では変動幅をもうけなくても高調波電流の発生は少なく、点弧角度が０度より進んで点弧の失敗を生じたり、又は１８０度より遅れて逆位相で誤点弧することを防止できる。
【００９０】
本実施の形態の機器制御においては、望ましくは、点弧角の所定基準値が０度又は１８０度の±５度以内で制御する場合であれば、変動させなくても、本実施の形態による所定の許容範囲を逸脱することなく、高調波の発生を低減させることが可能となる。
【００９１】
更に、（表１）に示すゆらぎ変化レベルと周期は、便座ヒータ、乾燥ヒータ、室暖ヒータなど負荷の種類とワットの大きさが異なれば、他のゆらぎ変化角度と周期の条件でも高調波電流を限度値以下に削減し、照明器具へのフリッカの発生を防ぐことができるので、表１の条件に制約されることはない。
【００９２】
更に、ゆらぎ変化を起こすための乱数を表１のような表形式で持たずに最長系列符号で生成するようにすれば、制御をつかさどるマイクロコンピュータの処理も更に簡単に行えるようになる。
【００９３】
更に最長系列符号を３ビット以上とすることで、ゆらぎ変化の１周期を１５サイクルにでき実質上偏りのない乱数を生成できる。
【００９４】
図１２は、本発明の実施の形態１における温水器４８の発熱量制御方法を説明するフローチャートであり、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ記述している。図１２においてＳＴＥＰ１は電源１の電圧波形を観測し電圧がゼロボルトになるゼロクロス点を検出するもので、検出できた場合にはＳＴＥＰ２へ、できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐する。
【００９５】
ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１１まではゼロクロス点を検出した直後に処理が行なわれるもので、まずＳＴＥＰ２ではタイマーをリセットする。このタイマーはマイクロコンピュータの中のハードウェアで構成されたものであり、プログラムの実行とは独立して一定時間ごと（例えば１マイクロ秒ごと）に計数していくものである。プログラムからはＴｉｍという変数を通じてこのタイマー値を読み出したり、値を設定したりすることができる。
【００９６】
ＳＴＥＰ３はプログラムの中で設定した１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントする。このカウンタは交流電源の全波が何番目の全波かをカウントするためのもので、本実施の形態１では２半波毎に１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントして１５進カウンタとしている。つまり計数値は半波毎のゼロクロス点を検出たびに０、０、１、１、２、２、・・・１３、１３、１４、１４のように３０回検出するまでに、０から１４までカウントアップする。そして１４の次は０に戻る。
【００９７】
ＳＴＥＰ４は使用者が遠隔操作装置２４の調整スイッチ３１および３２を押下操作して設定した温水温度目標値を温度設定部１０を通じて読み出すものである。使用者が頻繁に設定を変更してもすぐに追従できるように、ゼロクロス点を検知するたびに設定値を読み
出すようにしている。
【００９８】
ＳＴＥＰ５は温度検出部１１の温水温度センサ５０の値を読み出し、温水温度目標値に対して現在の温度との偏差を算定する。
【００９９】
ＳＴＥＰ６はＳＴＥＰ５で算定した結果から温水ヒータ２への要求発熱量を算出する。ここでは公知のＰＩＤ制御を用いて温度偏差がゼロに近づくようにフィードバック制御をおこなう。たとえば、動作開始直後で設定温度に対し現在の温度が充分に低ければ定格電力の発熱量を算出する。また、たとえば温水温度目標値に対し現在の温水温度がまだ低いが徐々に近づきつつあるときには定格の７５％の電力の発熱量を算出するなどの演算を行う。
【０１００】
ＳＴＥＰ７はＳＴＥＰ６で算出した発熱量から基準点弧角を算出する。例えば定格の７５％の電力が必要な場合は基準点弧角を６０度とする。この計算はプログラム中で三角関数演算を行なってもできるし、所望電力値に点弧角を対応させた表をプログラムで参照するようにしてもできる。
【０１０１】
ＳＴＥＰ８は基準点弧角にゆらぎ変化を与えるか禁止するかの判定を行う。ここでは基準点弧角αが５度（１８５度）以下か、１７５度（３５５度）以上の場合にはゆらぎ変化を禁止するように判定し、ＳＴＥＰ９へ進む。一方、基準点弧角αが５度（１８５度）を超えて且つ１７５度（３５５度）未満であれば、ゆらぎ変化を与えるものと判定し、ＳＴＥＰ１０へ進む。
【０１０２】
ＳＴＥＰ９ではゆらぎ変化を禁止するために、ゆらぎ変化角度Δαnをゼロとして設定
する。
【０１０３】
ＳＴＥＰ１０は予めプログラム中に構成されているゆらぎ変化角度Δαnを取り出せる
表（表１参照）からΔαｎを求めている。ここでのｎは１５進カウンタ変数Ｃｎｔの値であり、１５進カウンタ変数Ｃｎｔがインクリメントするたびにゆらぎ変化角度Δαn
が切り換る。
【０１０４】
ＳＴＥＰ１１は基準点弧角αにゆらぎ変化角度Δαnを加算した点弧角α+Δαnに相当
する電源電圧波形のゼロクロス点からの遅延時間値τを算出する。その後ＳＴＥＰ１に戻る。
【０１０５】
ここで、点弧角から遅延時間値τを算出する場合、日本においては電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合があるため、予め電源周波数がどちらなのかを設定しておく必要があるが、電源投入直後に一回行なえば良い極めて一般的な処理であるため、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ説明する本フローチャートではこの電源周波数の判定処理の記述を省略している。
【０１０６】
一方、ＳＴＥＰ１においてゼロクロス点を検出できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτと等しければ、ゼロクロス点から点弧角α+Δαnに相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１３へ進む。また、同様にＳＴＥＰ１２においてタイマーＴｉｍの値がτに等しくない場合はＳＴＥＰ１へ戻る。
【０１０７】
ＳＴＥＰ１３はトリガーパルスを出力してトライアック６をオンさせ温水ヒータ２に通電を開始する。トライアック６は一度導通すると電流がゼロにならない限り初期のオフ状態には戻らないためマイクロコンピュータからオフの制御はできないが、交流電源電圧が
ゼロクロス点になるとトライアック３を流れる電流もゼロになるためこのゼロクロス点でトライアック６もオフとなり初期状態に戻る。
【０１０８】
以上のような交流電源の半波の周期に同期して処理が行なわれるプログラム構成により点弧角を変化させる基準電力制御を容易に行なうことができる。
【０１０９】
以上のように本発明の第１の実施の形態では、温度設定部１０で使用者が設定した所望の温水温度目標値と、温度検出部１１の温水温度センサ５０の電気信号との偏差が小さくなるように制御するフィードバック制御について説明したが、便座ヒータ３、乾燥ヒータ４および室暖ヒータ５についても、それぞれの温度設定部１０で設定する便座温度目標値、乾燥温度目標値および室暖温度目標値と、温度検出部１１で検出する便座温度、乾燥温度および室暖温度をとの偏差が小さくなるようにフィードバック制御する際に、同様の発熱量制御方法を用いることができる。
【０１１０】
また、回転数センサを備えた送風機や掃除機などに用いられるモータでも所望の回転数になるように同様にフィードバック制御が用いられている。このようなモータの位相制御において本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【０１１１】
なお、フィードバック制御ではないが、例えば水道水温度や気温などの外的要因に応じて電力を位相制御するフィードフォワード制御もあるが、この場合でもフィードバック制御同様に本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効である。
【０１１２】
一方、電力の位相制御を用いても、電力負荷に対する変動要因が少ない場合や、電力負荷に対する制御精度の要求が低い場合などに、フィードバック制御を行わずに予め設定した基準位相角で位相制御をする一定制御がある。このような一定制御も、センサが不要であり、制御構成が簡単になるので広く用いられている。例えば１２００Ｗ定格の調理器において電力を６００Ｗ一定に制御するような場合に、基準点弧角を９０度一定にして制御すれば、ほぼ６００Ｗ一定の電力が得られるので、あえてフィードバック制御をする必要はない。このような一定値制御においても、本発明の点弧角を変化させて高調波成分を分散化する方法は有効に作用する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上のように、本発明にかかる衛生洗浄装置は、例えば位相制御に最大で±３．４度程度のわずかな変化を１５サイクルを１周期として与えることにより位相制御により発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化することができ、照明器具のフリッカも発生しない。したがって、高ワットの負荷を円滑に制御できるので、電熱負荷のワットコントロール、温度制御、照明器具の明るさ調整、電動機具の回転数制御など多くの特に家庭用など以外にも一般的に使用する電気器具の電力制御方法及び電力制御装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の制御手段のブロック図
【図２】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の斜視図
【図３】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の遠隔操作装置の模式図
【図４】本発明の実施形態１における衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の模式図
【図５】同位相制御の点弧角のゆらぎ変化を示す図
【図６】本発明の位相制御のゆらぎ変化時の高調波電流分布を示すグラフ
【図７】従来の位相制御の高調波電流分布を示すグラフ
【図８】本発明の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ
【図９】従来の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ
【図１０】本発明の位相制御のゆらぎ変化条件と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１１】本発明の位相制御の点弧角の所定基準値と最少余裕度の変化を示すグラフ
【図１２】本発明の制御方法を説明するフローチャート
【図１３】従来の衛生洗浄装置の制御手段のブロック図
【符号の説明】
【０１１５】
２ 温水ヒータ（加熱器）
３ 便座ヒータ（加熱器）
４ 乾燥ヒータ（加熱器）
５ 室暖ヒータ（加熱器）
１０ 温度設定部
１１ 温度検出部
１２ 点弧角制御部
１４ ゼロクロス点検出部
１５ ゆらぎ制御部
２１ 衛生洗浄装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱器と、前記加熱器を交流電源の位相制御により制御手段を備え、前記制御手段は、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させるようにした衛生洗浄装置。
【請求項２】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を大または小に任意に変化させる請求項１記載の衛生洗浄装置。
【請求項３】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させる請求項1記載の衛生洗浄装置。
【請求項４】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させる請求項1記載の衛生洗浄装置。
【請求項５】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させる請求項１記載の衛生洗浄装置。
【請求項６】
変化させた点弧角の単位時間当たりの平均角度が略所定基準値となるようにした請求項１から請求項５記載の衛生洗浄装置。
【請求項７】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、所定基準値に対して点弧角をランダムに変化させる請求項１から請求項６記載の衛生洗浄装置。
【請求項８】
ランダムに変化させるための乱数を最長系列符号から生成する請求項７記載の衛生洗浄装置。
【請求項９】
最長系列符号のビット数を３ビット以上とする請求項８記載の衛生洗浄装置。
【請求項１０】
点弧角を所定基準値に対して予め設定した値に基づいて変化させる請求項１から請求項７記載の衛生洗浄装置。
【請求項１１】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値の変化に応じて点弧角の変化させる範囲を変える請求項１から請求項１０記載の衛生洗浄装置。
【請求項１２】
点弧角の所定基準値が０度または１８０度付近では点弧角の変化を停止する請求項２から請求項１１記載の衛生洗浄装置。
【請求項１３】
交流電源の位相制御により衛生洗浄装置の加熱器の電力を変更し発熱量制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる発熱量制御方法。
【請求項１４】
電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした請求項１３記載の発熱量制御方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の発熱量制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
加熱器と、前記加熱器を交流電源の位相制御により制御手段を備え、前記制御手段は、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させるようにした衛生洗浄装置。
【請求項２】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を大または小に任意に変化させる請求項１記載の衛生洗浄装置。
【請求項３】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を全波毎に変化させる請求項1記載の衛生洗浄装置。
【請求項４】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を半波毎に変化させる請求項1記載の衛生洗浄装置。
【請求項５】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値に対して点弧角を所定の範囲で変化させる請求項１記載の衛生洗浄装置。
【請求項６】
変化させた点弧角の単位時間当たりの平均角度が略所定基準値となるようにした請求項１から請求項５記載の衛生洗浄装置。
【請求項７】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、所定基準値に対して点弧角をランダムに変化させる請求項１から請求項６記載の衛生洗浄装置。
【請求項８】
ランダムに変化させるための乱数を最長系列符号から生成する請求項７記載の衛生洗浄装置。
【請求項９】
最長系列符号のビット数を３ビット以上とする請求項８記載の衛生洗浄装置。
【請求項１０】
点弧角を所定基準値に対して予め設定した値に基づいて変化させる請求項１から請求項７記載の衛生洗浄装置。
【請求項１１】
加熱器の発熱量を決定する点弧角の所定基準値を設け、前記所定基準値の変化に応じて点弧角の変化させる範囲を変える請求項１から請求項１０記載の衛生洗浄装置。
【請求項１２】
点弧角の所定基準値が０度または１８０度付近では点弧角の変化を停止する請求項２から請求項１１記載の衛生洗浄装置。
【請求項１３】
交流電源の位相制御により衛生洗浄装置の加熱器の電力を変更し発熱量制御を行なう制御方法において、電源高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる発熱量制御方法。
【請求項１４】
電力値を設定するステップと、基準点弧角を設定するステップと、前記基準点弧角に対して揺らがせて点弧角を設定するステップとを備え、前記揺らがせた点弧角の所定回数の半波の平均値は略基準点弧角となることを特徴とした請求項１３記載の発熱量制御方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の発熱量制御方法の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−４０００７（Ｐ２００７−４０００７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２６４２４（Ｐ２００５−２２６４２４）
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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