(57)【要約】【課題】離散周波数騒音（ＤＴＮ）を低減すること。【解決手段】エンベデッド・コントローラ３０は、放熱ユニットが備えるファンを制御する。エンベデッド・コントローラ３０は、情報処理装置内の温度を検出する温度センサ５０ａ〜５０ｄによって検出された温度を取得し、これら温度に基づいてファンの回転数を設定する回転数設定部３２と、回転数設定部３２によって設定された回転数を周期的に変動させる回転数変動部３３とを備えている。【選択図】図４
2017118018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に搭載されるファンの制御装置であって、
前記電子機器内の温度に基づいて前記ファンの回転数を設定する回転数設定部と、
前記回転数設定部によって設定された回転数を周期的に変動させる回転数変動部と
を具備するファンの制御装置。
【請求項２】
前記回転数変動部は、前記回転数設定部によって設定された回転数を予め設定された変動幅および予め設定された変動周波数で変動させる請求項１に記載のファンの制御装置。
【請求項３】
前記変動周波数は、０．０５Ｈｚ以上、かつ、前記ファンの回転数制御の制御周波数未満の範囲内で設定されている請求項２に記載のファンの制御装置。
【請求項４】
前記回転数変動部は、前記回転数設定部によって設定された回転数が予め設定されている閾値以上である場合に、前記回転数設定部によって設定された前記回転数を周期的に変動させる請求項１から請求項３のいずれかに記載のファンの制御装置。
【請求項５】
ファンモータを駆動するモータ駆動部を備え、
前記モータ駆動部は、スイッチング素子を備えるインバータを有し、
前記回転数変動部は、前記回転数設定部によって設定された回転数に応じたデューティを周期的に変動させた変動ＰＷＭ信号を生成し、
前記モータ駆動部は、前記回転数変動部から出力される変動ＰＷＭ信号に基づいて前記インバータを駆動する請求項１から請求項４のいずれかに記載のファンの制御装置。
【請求項６】
ファンと、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のファンの制御装置と、
を備える電子機器。
【請求項７】
電子機器に搭載されるファンの制御方法であって、
前記電子機器内の温度に基づいて前記ファンの回転数を設定し、
設定した回転数を周期的に変動させるファンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンの制御装置及び制御方法並びに電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナル・コンピュータ（以下「ノートＰＣ」という。）、ワークステーション、サーバ等の電子機器には、筐体に収納されたデバイスから発せられた熱を排出するためのファンが搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファンを搭載する電子機器では、特定の周波数成分に突出した騒音レベルが現れる離散周波数騒音（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｔｏｎｅ  Ｎｏｉｓｅ）が発生する場合がある。離散周波数騒音（以下「ＤＴＮ」という。）は、高音のピーという耳障りな音を発生させるため、可能な限り除去することが望ましい。しかしながら、ＤＴＮは、ファンの吸排気、内部の乱流、製造のバラつきなど多数の要因が複雑に絡み合って生じることが多い。このため、原因を特定することが難しく、騒音を低減することが難しかった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、離散周波数騒音（ＤＴＮ）を低減することのできるファンの制御装置及び制御方法並びに電子機器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】
【０００６】
本発明の第一態様は、電子機器に搭載されるファンの制御装置であって、前記電子機器内の温度に基づいて前記ファンの回転数を設定する回転数設定部と、前記回転数設定部によって設定された回転数を周期的に変動させる回転数変動部とを具備するファンの制御装置である。
【０００７】
本発明の第二態様は、ファンと、上記ファンの制御装置とを備える電子機器である。
【０００８】
本発明の第三態様は、電子機器に搭載されるファンの制御方法であって、前記電子機器内の温度に基づいて前記ファンの回転数を設定し、設定した回転数を周期的に変動させるファンの制御方法である。
【０００９】
図９に、離散周波数騒音（ＤＴＮ）の一例を示す。図９において、横軸は周波数、縦軸は騒音レベルであり、破線は低回転数、太実線は中回転数、一点鎖線は高回転数の特性を示している。図９中、矢印で示すように、特定の周波数成分にＤＴＮが出現しているのがわかる。回転数が上昇すると、ＤＴＮのピークが高くなるとともに、出現数が増加する。また、回転数が異なれば、ＤＴＮが現れる周波数も変化する。
【００１０】
発明者らは、回転数が異なることによってＤＴＮが現れる周波数成分が変化する点に着目した。すなわち、回転数を周期的に変動させることによって、図６（ｂ）に示すように、ＤＴＮが発生する周波数成分を周期的に変動させることができる。これにより、図６（ｃ）に示すように、ＤＴＮの帯域幅を広げることができ、ＤＴＮを周辺音に埋もれさせることが可能となる。この結果、高音のピーという耳障りな音を除去または低減することが可能となる。
本発明において、「周期的」とは、一定周期のみを意味するものではない。換言すれば、「周期的」とは、回転数の変動が繰り返し実現されればよく、このときの変動周期は必ずしも一定でなくてもよい。また、「周期的」には、断続的に繰り返される意味も含むものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、離散周波数騒音（ＤＴＮ）を低減することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の筐体の内部を模式的に示した平面図である。
【図２】図１に示した放熱ユニットの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るファンの制御装置の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るファンの制御装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るファンの回転数制御の手順を示したフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るファンの制御装置による効果を説明するための説明図である。
【図７】ファンの回転数を変動させなかった場合と、ファンの回転数を変動させた場合の騒音レベルの測定結果を比較して示した図である。
【図８】図７において３５００Ｈｚから５０００Ｈｚの周波数帯域を拡大して示した図である。
【図９】離散周波数騒音（ＤＴＮ）の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係るファンの制御装置及び制御方法並びに電子機器の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、電子機器の一態様としてノートＰＣ等の情報処理装置１０を例に挙げて説明するが、本発明の適用例はこの態様に限定されない。
【００１４】
図１は、情報処理装置１０の筐体の内部を模式的に示した平面図である。情報処理装置１０の筐体の内部には、ＣＰＵ１１、放熱ユニット１２、および多数の電子部品などが実装されるマザーボード（図示せず）等が配置されている。図２は、放熱ユニット１２の平面図である。図２に示すように、放熱ユニット１２は、例えば、ファン１３及びヒート・シンク１４ａ、１４ｂを備えている。ファン１３は、例えば、遠心ファンであり、薄型のチャンバ内に、ファンモータ２１（図３参照）の軸に取り付けられた複数のブレードを収納している。
【００１５】
ヒート・シンク１４ａ、１４ｂは、チャンバの側面に形成した開口に位置が整合するようにチャンバに直接取り付けられている。放熱ユニット１２は、ファン１３を回転させると、チャンバの上面と下面に形成した吸入口から取り込んだ周囲の空気をヒート・シンク１４ａ、１４ｂの複数のフィンの間を通過させて排出することで熱交換をする。
放熱ユニット１２が排気する空気は、筐体の側面に形成した排気口から放出される。また、筐体には、周囲の空気を取り入れるための図示しない吸気口が形成されている。
【００１６】
ＣＰＵ１１はアプリケーション・プログラムを実行して全般的な処理を行うプロセッサである。ＣＰＵ１１はそれぞれ、下面に設けた受熱板１５と熱的に結合している。受熱板１５とヒート・シンク１４ａ、１４ｂは、２本のヒート・パイプ１６ａ、１６ｂで熱的に結合している。
【００１７】
筐体には、温度センサ５０ａ〜５０ｄが配置されている。温度センサ５０ａ〜５０ｄの位置および個数は一例であり、この例に限られない。各温度センサ５０ａ〜５０ｄの検出温度は、対応するデバイスの温度を監視したり、筐体の表面温度を所定値以内に維持したりするための放熱ユニット１２の制御に使用される。
【００１８】
図３は、情報処理装置１０におけるファンの制御装置の一例を示す概略構成図である。図３に示すように、ファンの制御装置は、モータ駆動部２０と、エンベデッド・コントローラ（制御部）３０とを備えている。
【００１９】
モータ駆動部２０は、ファンモータ２１に所望の電圧を供給するためのインバータ２２及び制御部２３を備えている。
ファンモータ２１は、例えば、３相ＤＣブラシレスモータなどのＤＣモータである。インバータ２２は、例えば、６つのスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）がブリッジ接続された構成とされている。制御部２３は、エンベデッド・コントローラ（以下「ＥＣ」という。）３０から入力される制御信号、例えば、ＰＷＭ制御信号に基づいてインバータ２２が備える各スイッチング素子のオンオフを制御する。これにより、所望の電圧値に制御された電圧がファンモータ２１に供給され、所望の回転数でファンモータ２１を駆動することが可能となる。制御部２３は、ファンＩＤ等の各種データを格納している他、ファンモータ２１の回転数を検出し、検出した回転数をＥＣ３０に出力する。
【００２０】
ＥＣ３０は、例えば、ＣＰＵ、ファームウェアを格納するＲＯＭ、およびファームウェアを実行するためのＲＡＭなどで構成されたマイクロコンピュータである。さらに、ＥＣ３０は、複数のＡ／Ｄ入力端子、複数のＤ／Ａ出力端子、タイマー、およびディジタル入出力端子等を備えている。ＥＣ３０には、それらの入出力端子を介してモータ駆動部２０、温度センサ５０ａ〜５０ｄが接続されており、情報処理装置１０の内部の動作環境の管理に関するプログラムをＣＰＵ１１とは独立して実行することができる。
【００２１】
図４は、上記ＥＣ３０およびモータ駆動部２０によって実現される機能を示した機能ブロック図である。図４に示すように、ＥＣ３０は、記憶部３１、電子機器内の温度に基づいてファンの回転数を設定する回転数設定部３２、及び回転数設定部３２によって設定された回転数を周期的に変動させる回転数変動部３３を主な構成として備えている。これら各部の機能は、ＥＣ３０が備えるＣＰＵがＲＯＭに格納された回転制御プログラムを実行することにより主に実現される。
【００２２】
記憶部３１には、温度と回転数とが対応付けられている温度−回転数情報、回転数の変動幅及び変動周波数等の各種情報が格納されている。なお、回転数の変動幅及び変動周波数の決め方については後述する。
回転数設定部３２は、温度センサ５０ａ〜５０ｄによって検出された温度および記憶部３１に格納されている温度−回転数情報を参照し、現在の温度状況に応じた回転数を設定し、設定した回転数を回転数変動部３３に出力する。例えば、回転数設定部３２は、温度センサ５０ａ〜５０ｄによって検出された温度の平均値を算出し、平均値に対応する回転数を温度−回転数情報から取得し、回転数を設定する。また、平均値に代えて、受信した検出温度の中で最も高い温度または最も低い温度、あるいは、各温度センサ５０ａ〜５０ｄの配置位置に応じた重み付け係数を予め設定しておき、これらの重み付け係数を用いた加重平均を用いて、回転数を設定することとしてもよい。また、より複雑に回転数制御を行う場合には、例えば、特開２０１４−４２３８５号公報に開示されているように、サーマル・アクション・テーブル（ＴＡＴ）を用意しておき、このテーブルに基づいて回転数を設定することとしてもよい。このように、本実施形態において、温度から回転数を設定する手法については、特段限定されず、公知の手法を適用することができる。
【００２３】
回転数変動部３３は、回転数設定部３２から入力された回転数を記憶部３１に格納されている変動周波数及び変動幅で変動させた変動制御信号を生成し、変動制御信号をモータ駆動部２０に出力する。例えば、回転数変動部３３は、回転数設定部３２から入力された回転数に対応するＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号のデューティを記憶部３１に格納されている変動周波数及び変動幅で変動させた変動ＰＷＭ信号を生成し、この変動ＰＷＭ信号をモータ駆動部２０に出力する。
【００２４】
次に、記憶部３１に事前に格納されている変動周波数および変動幅の決定手法について説明する。
変動周波数は、例えば、人がその変動による影響を感知しない程度の周期に設定する必要がある。変動周波数が早くなるほど、人はその変動を知覚しづらくなる。したがって、変動周波数の下限値は、例えば、人の知覚能力から決まる。一方、変動周波数の上限値は、採用している回転数制御、例えば、ＰＷＭ制御のキャリア周波数よりも大きい値は取り得ない。以上から、変動周波数については、人が変動を知覚できない周波数以上、かつ、ＰＷＭ制御のキャリア周波数未満の範囲内で任意の値に設定される。例えば、変動周波数は、０．０５Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲内で任意の値に設定され、一例として、０．５Ｈｚが挙げられる。
【００２５】
変動幅は、大きければ大きいほど離散周波数騒音（ＤＴＮ）を低減させる効果が大きいといえる。したがって、変動幅は大きい値に設定されることが好ましい。一方で、上記変動周波数で変動させられる回転数範囲は、ファンモータ２１及びその周辺機器等の性能から有限である。したがって、変動幅については、ファンモータ２１等の性能と、上記変動周波数とから決定するとよい。例えば、回転数の変化速度の上限が５００ｒｐｍ／ｓｅｃであるファンを採用している場合において、変動周波数を０．５Ｈｚに設定した場合、変動幅は、最大で±２５０ｒｐｍに設定される。
【００２６】
ここで、変動幅は、回転数として登録、すなわち、回転数変動幅としてされていてもよいし、デューティとして登録、すなわち、デューティ変動幅として登録されていてもよい。回転数変動幅が登録されていた場合には、回転数変動部３３は、回転数設定部３２からの回転数をこの回転数変動幅で変動させるための変動ＰＷＭ信号を生成する。
また、デューティ変動幅として登録されている場合には、回転数設定部３２からの回転数に対応するＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をデューティ変動幅で変動させた変動ＰＷＭ信号を生成する。
【００２７】
次に、本実施形態に係るファンの回転数制御の手順について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るファンの回転数制御の手順を示したフローチャートである。ファンの制御装置は、以下に示す処理を所定のサンプリング周期で繰り返し実行する。
【００２８】
まず、起動時において、ＥＣ３０はモータ駆動部２０からファンＩＤを取得する（ステップＳＡ１）。続いて、温度センサ５０ａ〜５０ｄによって温度が計測され、温度情報がＥＣ３０に入力される（ステップＳＡ２）。回転数設定部３２は、入力された温度と記憶部３１の温度−回転数情報とを用いて、回転数を設定する（ステップＳＡ３）。これにより、情報処置装置１０内の温度環境に応じた回転数が決定される。
【００２９】
続いて、回転数変動部３３は、記憶部３１に格納されている変動周波数及び変動幅、並びにモータ駆動部２０からフィードバックされるファンモータ２１の回転数を用いて、ファンモータ２１の回転数を所定の変動周波数および変動幅で変動させるための変動ＰＷＭ信号を生成する（ステップＳＡ４）。これにより、変動ＰＷＭ信号は、デューティが周期的に変動するＰＷＭ信号となる。回転数変動部３３は、生成した変動ＰＷＭ信号をモータ駆動部２０に出力する（ステップＳＡ５）。
【００３０】
モータ駆動部２０は、ＥＣ３０からの変動ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２２を駆動する。具体的には、インバータ２２が備える各スイッチング素子のオンオフを変動ＰＷＭ信号のデューティに基づいて制御する（ステップＳＡ６）。これにより、ファンモータ２１に供給される電圧が周期的に変動し、ファン１３の回転数が周期的に変動することとなる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係るファンの制御装置及び制御方法並びに電子機器によれば、温度センサ５０ａ〜５０ｄによって検出された温度に基づいて回転数を設定し、この回転数を変動させるような変動ＰＷＭ信号を生成し、この変動ＰＷＭ信号に基づいてモータ駆動部２０を駆動する。これにより、ファンモータ２１の回転数を周期的に変動させることが可能となる。例えば、ファンモータ２１の回転数を、温度センサ５０ａ〜５０ｄによって検出された温度に対応する回転数を中心として、所定の変動幅で変動させることが可能となる。また、このときの変動周期は、記憶部３１に格納されている変動周波数とされる。
【００３２】
このように、ファンの回転数を周期的に変動させることにより、従来は、図６（ａ）に示すように、特定の周波数成分に出現していたＤＴＮを、図６（ｂ）に示すように、ＤＴＮが発生する周波数成分を周期的に変動させることが可能となる。これにより、図６（ｃ）に示すように、ＤＴＮの帯域幅を広げることができ、ＤＴＮを周辺音に埋もれさせることが可能となる。この結果、高音のピーという耳障りな音を除去または低減することが可能となる。
【００３３】
図７は、ファンの回転数を変動させなかった場合と、ファンの回転数を変動させた場合の騒音レベルの測定結果を比較して示した図、図８は、図７において３５００Ｈｚから５０００Ｈｚの周波数帯域を拡大して示した図である。図７、８において、横軸は周波数、縦軸は騒音レベルである。図７、８において、破線は、デューティ７５％でファンモータ２１を駆動させた場合における騒音レベルの測定結果、実線は、デューティ７５％を中心として、デューティを変動周期０．５Ｈｚ、デューティ変動幅１５％で変動させた場合における騒音レベルの測定結果を示している。図７、８に示されるように、回転数を変動させることによってＤＴＮがほぼ除去されているのがわかる。
【００３４】
以上、本発明について、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３５】
例えば、図９に示すように、回転数が低い場合には、ＤＴＮがそれほど発生しない。したがって、例えば、ＤＴＮが発生し始める回転数を予め閾値として登録しておき、回転数設定部３２によって設定された回転数が閾値以上である場合に、回転数変動部３３による回転数の変動を実施することとしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、記憶部３１に一つのファン１３に対応する変動幅及び変動周波数を登録しておく態様について述べたが、例えば、複数種類のファン１３に適用するために以下のような構成としてもよい。例えば、ファンＩＤあるいはファンの種別毎に変動幅及び変動周波数を登録しておき、起動時においてモータ駆動部２０から取得するファンＩＤ等に基づいて該当する変動幅及び変動周波数を抽出し、抽出した変動幅及び変動周波数を用いてファンの回転数を変動させることとしてもよい。
【００３７】
更に、変動幅及び変動周波数は、回転数に応じて設定されていてもよい。例えば、記憶部３１には、ファンＩＤ毎かつ回転数毎に、変動幅及び変動周波数が格納されており、回転数変動部３３が、対応するファンＩＤに対応付けられており、かつ、回転数設定部３２によって設定された回転数に対応する変動幅及び変動周波数を記憶部３１から読み出して、読み出した変動幅及び変動周波数を用いてＰＷＭ信号のデューティを変動させることとしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  情報処理装置（電子機器）
１２  放熱ユニット
１３  ファン
２０  モータ駆動部
２１  ファンモータ
３０  エンベデッド・コントローラ（制御部）
３１  記憶部
３２  回転数設定部
３３  回転数変動部
５０ａ〜５０ｄ  温度センサ
【図１】
2017118018.tif 000003
【図２】
2017118018.tif 000004
【図３】
2017118018.tif 000005
【図４】
2017118018.tif 000006
【図５】
2017118018.tif 000007
【図６】
2017118018.tif 000008
【図７】
2017118018.tif 000009
【図８】
2017118018.tif 000010
【図９】
2017118018.tif 000011