(57)【要約】【課題】冷却ファンの風切り音による騒音を低減でき、直流電動機型の冷却ファンを用いた小型な冷却装置を提供する。【解決手段】直流電動機５によりファン６を回転する２つの冷却ファン２と、直流電動機５を駆動する２つの駆動回路３と、冷却ファン２の近傍に設けられた２つのマイクロフォン４と、を備え、駆動回路３の一方は、マイクロフォン４が採取した音の信号からそれぞれピーク周波数信号を抽出する２つの周波数解析回路７と、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の周波数が等しくなり、かつ、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の位相が逆位相となるように、直流電動機５に印加する電圧を制御する直流電動機印加電圧制御回路１２と、を有するものである。【選択図】図１
2014011912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電動機によりファンを回転する２つの冷却ファンと、
前記２つの冷却ファンのそれぞれに接続され、前記直流電動機を駆動する２つの駆動回路と、
前記２つの冷却ファンの近傍にそれぞれ設けられた２つのマイクロフォンと、
を備え、
前記駆動回路の一方は、
前記２つのマイクロフォンが採取した音の信号からそれぞれピーク周波数信号を抽出する２つの周波数解析回路と、
前記両周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号の周波数が等しくなり、かつ、前記両周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号の位相が逆位相となるように、前記直流電動機に印加する電圧を制御する直流電動機印加電圧制御回路と、を有する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記直流電動機印加電圧制御回路は、
前記ファンの羽根の数がｍであるとき、前記周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号をそれぞれ１／ｍに分周して出力する２つの分周回路と、
一方の前記分周回路で分周した信号の位相を下式（１）
φ＝π／ｍ      ・・・（１）
但し、π：円周率
ｍ：ファンの羽根の数
に示す位相差φ遅延させる位相調整回路と、
他方の前記分周回路で分周した信号と、前記位相調整回路からの信号の位相差及び周波数差に応じた電圧を出力する位相周波数比較器と、
前記位相周波数比較器からの出力信号を積分処理して前記直流電動機に出力するローパスフィルタと、を有している
請求項１記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路等の発熱部を内包する筐体に設置され筐体内を冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスにおける電気回路の高集積化や信号高速化に伴い、電気機器内部で発生する熱量が増大しており、発熱による電気機器内部の部品への影響が深刻となっている。
【０００３】
電気機器内部の発熱を外部へ放出する冷却装置として、冷却ファンが一般的に用いられている。冷却ファンを用いた冷却装置では、冷却ファンの回転速度を上昇させることで冷却能力を向上させるが、冷却ファンの回転速度が上昇するとその回転速度の５〜６乗に比例する大きさの騒音が発生する。よって、冷却ファンを用いた冷却装置では、冷却ファンの冷却能力を向上させた際の騒音が問題となる。
【０００４】
この対策として、２基の同期電動機または誘導電動機型の冷却ファンを用いて、互いの騒音を打ち消す回転位相差を両冷却ファンの回転に与える方法や、マイクロフォンにより採取した冷却ファンの発生騒音の周波数分析で得られた卓越周波数の１／２周期分遅延させて再生するスピーカーを設ける方法により、騒音の主原因である冷却ファンの風切り音を打ち消す騒音低減型ファンが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８５８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、同期電動機または誘導電動機型の冷却ファンは直流電動機型の冷却ファンに比べて小型化が困難である。一般に電気機器では小型化が要求されるため直流電動機型の冷却ファンを用いることが望ましいが、上述の２基の冷却ファンで騒音を打ち消す方法では、電動機を駆動する信号が交流信号であるため、直流電動機型の冷却ファンを用いることができない。
【０００７】
また、スピーカーを用いて騒音を打ち消す手法では、スピーカーを設置するスペースが必要となるため、小型化が要求される電気機器にとっては問題である。さらに、スピーカー自体は冷却に何ら寄与しないため、無駄が多い。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、冷却ファンの風切り音による騒音を低減でき、直流電動機型の冷却ファンを用いた小型な冷却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】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、直流電動機によりファンを回転する２つの冷却ファンと、前記２つの冷却ファンのそれぞれに接続され、前記直流電動機を駆動する２つの駆動回路と、前記２つの冷却ファンの近傍にそれぞれ設けられた２つのマイクロフォンと、を備え、前記駆動回路の一方は、前記２つのマイクロフォンが採取した音の信号からそれぞれピーク周波数信号を抽出する２つの周波数解析回路と、前記両周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号の周波数が等しくなり、かつ、前記両周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号の位相が逆位相となるように、前記直流電動機に印加する電圧を制御する直流電動機印加電圧制御回路と、を有する冷却装置である。
【００１０】
前記直流電動機印加電圧制御回路は、前記ファンの羽根の数がｍであるとき、前記周波数解析回路で抽出したピーク周波数信号をそれぞれ１／ｍに分周して出力する２つの分周回路と、一方の前記分周回路で分周した信号の位相を下式（１）
φ＝π／ｍ      ・・・（１）
但し、π：円周率
ｍ：ファンの羽根の数
に示す位相差φ遅延させる位相調整回路と、他方の前記分周回路で分周した信号と、前記位相調整回路からの信号の位相差及び周波数差に応じた電圧を出力する位相周波数比較器と、前記位相周波数比較器からの出力信号を積分処理して前記直流電動機に出力するローパスフィルタと、を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却ファンの風切り音による騒音を低減でき、直流電動機型の冷却ファンを用いた小型な冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る冷却装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る冷却装置の概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、冷却装置１は、２つの冷却ファン２と、２つの駆動回路３と、２つのマイクロフォン４を備えている。冷却装置１は、例えば、電気回路等の発熱部を内包する電気機器の筐体に設置され筐体内を冷却するものである。
【００１６】
冷却ファン２は、直流電動機（直流モータ）５によりファン６を回転するよう構成されている。ここでは、２つの冷却ファン２のうち一方を第１冷却ファン２ａ、他方を第２冷却ファン２ｂと呼称する。第１冷却ファン２ａは、第１直流電動機５ａと、第１直流電動機５ａにより回転される第１ファン６ａとを有している。また、第２冷却ファン２ｂは、第２直流電動機５ｂと、第２直流電動機５ｂにより回転される第２ファン６ｂとを有している。第１ファン６ａと第２ファン６ｂには同じものを用いる（つまり、第１ファン６ａと第２ファン６ｂの羽根の数は同じである）。
【００１７】
駆動回路３は、冷却ファン２のそれぞれに接続され、直流電動機５を駆動するものである。ここでは、第１冷却ファン２ａに接続される駆動回路３を第１駆動回路３ａ、第２冷却ファン２ｂに接続される駆動回路３を第２駆動回路３ｂと呼称する。
【００１８】
マイクロフォン４は、２つの冷却ファン２の近傍にそれぞれ設けられ、ファン６の回転により発生した騒音を採取するものである。ここでは、第１冷却ファン２ａの近傍に設けるマイクロフォン４を第１マイクロフォン４ａ、第２冷却ファン２ｂの近傍に設けるマイクロフォン４を第２マイクロフォン４ｂと呼称する。
【００１９】
さて、本実施の形態に係る冷却装置１では、駆動回路３の一方は、２つのマイクロフォン４が採取した音の信号からそれぞれピーク周波数信号を抽出する２つの周波数解析回路７と、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の周波数が等しくなり、かつ、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の位相が逆位相となるように、直流電動機５に印加する電圧を制御する直流電動機印加電圧制御回路１２と、を有する。
【００２０】
本実施の形態では、第２駆動回路３ｂが、これら周波数解析回路７、直流電動機印加電圧制御回路１２を有する場合を説明する。第１駆動回路３ａとしては、一般的な直流電動機用の駆動回路を用いればよい。以下、第１マイクロフォン４ａの周波数解析を行う周波数解析回路７を第１周波数解析回路７ａ、第２マイクロフォン４ｂの周波数解析を行う周波数解析回路７を第２周波数解析回路７ｂと呼称する。
【００２１】
直流電動機印加電圧制御回路１２は、２つの分周回路１１と、位相調整回路８と、位相周波数比較器９と、ローパスフィルタ１０と、を有している。
【００２２】
分周回路１１は、ファン６の羽根の数がｍであるとき、周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号を１／ｍに分周して出力するものである。ここでは、第１周波数解析回路７ａで抽出したピーク周波数信号を分周して位相調整回路８に出力する分周回路１１を第１分周回路１１ａ、第２周波数解析回路７ｂで抽出したピーク周波数信号を分周して位相周波数比較器９に出力する分周回路１１を第２分周回路１１ｂと呼称する。
【００２３】
位相調整回路８は、一方の分周回路１１（ここでは第１分周回路１１ａ）で分周した信号の位相を調整するものであり、第１分周回路１１ａで分周した信号の位相を下式（１）    φ＝π／ｍ      ・・・（１）
但し、π：円周率
ｍ：ファン６の羽根の数
に示す位相差φ遅延させるように構成される。
【００２４】
位相周波数比較器９は、他方の分周回路１１（ここでは第２分周回路１１ｂ）で分周した信号と、位相調整回路８からの信号の位相差及び周波数差に応じた電圧を出力するものである。
【００２５】
位相周波数比較器９は、第２分周回路１１ｂで分周された信号の周波数が位相調整回路８からの信号の周波数よりもが低い場合には正の電圧を出力し、高い場合には負の電圧を出力するよう構成される。また、位相周波数比較器９は、第２分周回路１１ｂで分周された信号の周波数と位相調整回路８からの信号の周波数が等しいときには、第２分周回路１１ｂで分周された信号の位相が位相調整回路８からの信号の位相よりも遅れている場合には正の電圧、進んでいる場合には負の電圧を出力するよう構成される。なお、出力される電圧の大きさ（正の電圧、負の電圧の絶対値）は、周波数差や位相差に応じた大きさとされる。
【００２６】
ローパスフィルタ１０は、位相周波数比較器９からの出力信号を積分処理して直流電動機５（ここでは第２直流電動機５ｂ）に出力するものである。
【００２７】
次に、冷却装置１の動作を説明する。
【００２８】
第１冷却ファン２ａの第１ファン６ａで発生した騒音は第１マイクロフォン４ａにより採取され、その音の信号（騒音信号という）が第１周波数解析回路７ａに入力される。
【００２９】
第１周波数解析回路７ａは、騒音信号の周波数成分の中からピーク周波数を検出し、ピーク周波数信号を抽出する。第１周波数解析回路７ａで抽出されるピーク周波数信号の周波数ｆa0は、第１ファン６ａで発生する最も大きい風切り音であり、下式（２）
ｆa0＝ｍｎa      ・・・（２）
但し、ｎa：第１直流電動機５ａの１秒間の回転数
ｍ：ファン６の羽根の数
で表される。ここでは、第１周波数解析回路７ａで抽出されるピーク周波数信号の位相を基準とするため、第１周波数解析回路７ａで抽出されるピーク周波数信号の位相差φa0は０とする。
【００３０】
第１分周回路１１ａでは、第１周波数解析回路７ａで抽出したピーク周波数信号の周波数ｆa0を１／ｍに分周するので、分周後の周波数ｆa1は、下式（３）
ｆa1＝ｎa      ・・・（３）
となる。
【００３１】
第１分周回路１１ａからの信号は、位相調整回路８にて上述の式（１）で示す位相差φ（＝π／ｍ）遅延されるので、遅延後の位相差φa1は、下式（４）
φa1＝０＋φ＝π／ｍ    ・・・（４）
となる。
【００３２】
第２分周回路１１ｂから位相周波数比較器９に入力される信号の周波数をｆb1、位相差をφb1とすると、位相周波数比較器９では、ｆb1＝ｆa1、φb1＝φa1となるまで出力電圧を増減し、ローパスフィルタ１０を介して第２直流電動機５ｂに印加する電圧を調整する。
【００３３】
その結果、定常状態（ｆb1＝ｆa1、φb1＝φa1の状態）において第２冷却ファン２ｂで発生する最も大きい風切り音の周波数ｆb0および位相差φb0（第２周波数解析回路７ｂで抽出されるピーク周波数信号の周波数ｆb0および位相差φb0）は、下式（５），（６）
ｆb0＝ｍｆb1＝ｍｆa1＝ｍｎa    ・・・（５）
φb0＝ｍφb1＝ｍφa1＝π      ・・・（６）
となる。
【００３４】
式（５），（６）より、定常状態で第２冷却ファン２ｂで発生する騒音は、第１冷却ファン２ａで発生する騒音と同じ周波数でかつ逆位相となり、両冷却ファン２ａ，２ｂで発生する騒音が互いに打ち消し合い、騒音が低減されることになる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態に係る冷却装置１では、駆動回路３の一方が、２つのマイクロフォン４が採取した音の信号からそれぞれピーク周波数信号を抽出する２つの周波数解析回路７と、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の周波数が等しくなり、かつ、両周波数解析回路７で抽出したピーク周波数信号の位相が逆位相となるように、直流電動機５に印加する電圧を制御する直流電動機印加電圧制御回路１２と、を有している。
【００３６】
このように構成することで、２つの冷却ファン２で発生する騒音を互いに打ち消すことが可能になり、冷却ファン２の風切り音による騒音を低減可能な、直流電動機型の冷却ファン２を用いた冷却装置１を実現できる。本発明の冷却装置１は、同期電動機または誘導電動機型の冷却ファン、あるいはスピーカーを使用していないため、従来の冷却装置と比較して小型であり、特に、小型化が要求される電気機器の冷却装置として好適である。
【００３７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１  冷却装置
２  冷却ファン
３  駆動回路
４  マイクロフォン
５  直流電動機
６  ファン
７  周波数解析回路
８  位相調整回路
９  位相周波数比較器
１０  ローパスフィルタ
１１  分周回路
１２  直流電動機印加電圧制御回路
【図１】
2014011912.tif 000003