CN102374181A - 风扇系统和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供风扇系统和电子设备。风扇系统具有脉冲信号生成部和多个风扇。所述多个风扇分别具有：电动机部；借助所述电动机部而旋转的叶轮；驱动所述电动机部的驱动电路；检测所述电动机部的旋转的旋转检测部；转速控制电路，其根据来自所述脉冲信号生成部的基准脉冲信号和来自所述旋转检测部的实际旋转脉冲信号，按照所述基准脉冲信号的周期，对所述电动机部的转速进行反馈控制。

Description

风扇系统和电子设备
技术领域
本发明涉及具有多个风扇的风扇系统，风扇系统优选设置于电子设备中。
背景技术
在大规模的通信设备和路由器中，采用排列有许多风扇的所谓的风扇托盘。在风扇托盘中，根据设备内部的温度来控制风扇的转速。因为市场上销售着风扇专用的各种PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制装置，所以过去使用PWM来对风扇进行控制。在PWM控制中，向风扇输入具有与风扇的转速相应的脉冲宽度的PWM信号。PWM信号由设置于风扇托盘上的控制板生成。在风扇中，通过内部电路使PWM信号平滑化，并转换成直流(DC)电压。风扇内部的微型计算机根据DC电压对转速进行反馈控制。
然而，风扇的平滑化电路由电容器和电阻构成。因这些元件的特性的变动，从平滑化电路输出的DC电压略微地变动。如果DC电压发生变动，则风扇的转速也发生变动。而且，平滑化电路的特性对于每个风扇而言也存在着偏差，即使控制为使多个风扇按照相同的转速联动，风扇也不进行联动。因此，由于各个风扇的转速的变动而产生的起伏声因风扇之间的转速的偏差而产生干扰，从而增大，由此成为可能成为噪音问题的异常起伏声。
作为降低由多个风扇产生的噪音的干扰的方法，例如，存在着日本特开平9-264564号公报所示的方法。在日本特开平9-264564号公报中，通过使送风机的转速始终变化来降低起伏声。但是，在这样的方法中，需要复杂的控制。另外，在使许多风扇旋转的情况下，存在着这样的担忧：因出现了多个风扇的转速接近的期间而产生起伏声。
发明内容
为了解决上述课题，本发明优选实施方式的风扇系统具有脉冲信号生成部和多个风扇。所述多个风扇分别具有：电动机部；借助所述电动机部而旋转的叶轮；驱动所述电动机部的驱动电路；检测所述电动机部的旋转的旋转检测部；转速控制电路，其根据来自所述脉冲信号生成部的基准脉冲信号和来自所述旋转检测部的实际旋转脉冲信号，按照所述基准脉冲信号的周期，对所述电动机部的转速进行反馈控制。在风扇系统中，能够降低起伏声等异常声音或噪音。
参照附图且根据后述的本发明优选实施方式的详细说明，可以清楚地理解本发明的其它特征、构成要素、工序、特性和优点。
附图说明
图1是第一实施方式的机架型电子系统的主视图。
图2是机架型电子系统的右视图。
图3是风扇装置的平面图。
图4是示出风扇系统的结构的框图。
图5是用于说明FLL控制的概况的图。
图6是用于说明PLL控制的概况的图。
图7是示出第二实施方式的风扇系统的图。
图8是示出第三实施方式的风扇系统的图。
标号说明
2、2a～2d风扇；
3框；
4脉冲信号生成部；
6发热体；
12服务器；
20、20a、20b风扇系统；
21电动机部；
22叶轮；
51基准脉冲信号；
52实际旋转脉冲信号；
121温度计；
241旋转检测部；
242驱动电路；
243转速控制电路。
具体实施方式
在本说明书中，风扇和电动机部的“转速”是指每单位时间内所旋转的圈数，与旋转速度相对应。
(第一实施方式)
图1是示出本发明所例示的第一实施方式的机架型电子系统1的主视图。图2是机架型电子系统1的右视图。作为电子设备的机架型电子系统1具有筐体11、大致板状的多个刀片式服务器12、多个电源单元13和4个风扇装置14。以下，将刀片式服务器12简称为“服务器12”。
筐体11的外形是长方体。筐体11收纳多个服务器12、多个电源单元13和多个风扇装置14。筐体11在上部和下部具有开口。服务器12以立起状态排列在水平方向上。在上下方向的3处位置设置服务器12的组列。如图2所示，电源单元13被配置在服务器12的组列的后方。在服务器12的组列的上侧和下侧的4处位置上配置风扇装置14。通过风扇装置14在作为发热体的服务器12的周围生成空气流。
图3是风扇装置14的平面图。在图3中，下侧与筐体11的正面相对应，上侧与背面相对应。风扇装置14是所谓的风扇托盘，具有多个轴流风扇2、框3和脉冲信号生成部4。各轴流风扇2具有电动机部21、叶轮22和壳体23。以下，将轴流风扇2简称为“风扇”。电动机部21使叶轮22旋转。壳体23包围叶轮22的外周。
多个风扇2的壳体23相互连结。在将框3作为筐体11的、风扇2用的水平安装面的情况下，多个风扇2沿着与旋转轴J1垂直的安装面排列在与旋转轴J1垂直的方向上。在图3中，与图2的左右方向平行地排列有3列风扇2，在各列中排列有4个风扇2。
如图2所示，框3可从筐体11的正面相对于筐体11沿水平方向插拔。由此，可容易地从筐体11取出多个风扇2，可进行风扇2的修理以及与其它风扇2的更换。另外，在图2中示出了将由下方数起的第二层风扇装置14从筐体11稍微拉出的状态。
在多个风扇2的图3的上侧、即图2的右侧设置有控制风扇2的转速的脉冲信号生成部4。脉冲信号生成部4与多个风扇2一起被安装在一个框3中。脉冲信号生成部4具有称为控制板的电路基板，在控制板上设置有与各风扇2连接的连接器和接受来自温度计121的信号的连接器等，所述温度计121设置于图2所示的服务器12。风扇装置14通过插入到筐体11中而与脉冲信号生成部4的连接器和设置于筐体11的连接器连接，由此，脉冲信号生成部4与服务器12电连接。
图4是示出温度计121、脉冲信号生成部4和风扇2的连接关系的框图。多个风扇2与脉冲信号生成部4连接。通过脉冲信号生成部4和多个风扇2，可以实现多个风扇2以基本相同的转速旋转的风扇系统20。来自温度计121的温度信号作为外部信号被输入到脉冲信号生成部4中。脉冲信号生成部4根据温度信号，将具有与风扇2的转速成比例的每单位时间的脉冲数的脉冲信号输入到风扇2中。即在服务器12的温度高的情况下，输出周期短的脉冲信号，在温度低的情况下，输出周期长的脉冲信号。由此，当服务器12的温度上升时，风扇2的转速也上升。
各风扇2具有电路基板，在电路基板上设置有旋转检测部241、驱动电路242和转速控制电路243。转速控制电路243通过安装在电路基板上的微型计算机来实现。旋转检测部241具有霍尔元件，通过检测电动机部21具有的转子磁铁所产生的磁场，来检测电动机部21的转子的旋转位置。然后，将与旋转同步的脉冲信号输入到转速控制电路243中。以下，将该脉冲信号称为“实际旋转脉冲信号”。驱动电路242驱动电动机部21。由此，电动机部21的转子与叶轮22一起旋转。另外，虽然图4所示的电动机部21仅与定子和转子的部位对应，但也可以理解为旋转检测部241和驱动电路242包含于电动机部中的结构。
来自脉冲信号生成部4的脉冲信号被输入到转速控制电路243中。以下，将该脉冲信号称为“基准脉冲信号”。例如，在使风扇2以3000rpm的转速旋转的情况下，50Hz(＝3000rpm/60)的频率的基准脉冲信号被输入到转速控制电路243中。在转速控制电路243中，将驱动信号输出到驱动电路242中，使得实际旋转脉冲信号的周期与基准脉冲信号的周期一致。具体地说，在实际旋转脉冲信号的周期比基准脉冲信号的周期长的情况下，将使转速增大的驱动信号输入到驱动电路242中。在实际旋转脉冲信号的周期比基准脉冲信号的周期短的情况下，将使转速减小的驱动信号输入到驱动电路242中。
换言之，通过转速控制电路243，根据基准脉冲信号和实际旋转脉冲信号，按照基准脉冲信号的周期，对电动机部21的转速进行反馈控制。其结果是，控制电动机部21的转速，使得实际旋转脉冲信号所表示的实际频率与基准脉冲信号所表示的目标频率相符。
在转速控制电路243中，采用FLL(Frequency Locked Loop：锁频环)控制。图5是用于说明FLL控制的概况的图。图5的上部分示出基准脉冲信号51，下部分示出实际旋转脉冲信号52。在风扇2所具有的电路基板上安装有振荡器。作为振荡器，采用微型计算机内部的CR振荡器、石英振荡子、陶瓷振荡子等。转速控制电路243检测由标号511、512表示的基准脉冲信号51的上升沿。转速控制电路243通过对上升沿之间的来自振荡器的脉冲数进行计数，取得上升沿之间的时间t1。通过同样的方法，转速控制电路243取得由标号521、522表示的实际脉冲信号52的上升沿之间的时间t2。
转速控制电路243求出t1和t2的差，根据该差值来控制包含于驱动信号中的一定周期的脉冲信号的脉冲宽度。即，在t2比t1短的情况下，减小驱动信号的脉冲宽度，减小转速。在t2比t1长的情况下，增大驱动信号的脉冲宽度，增大转速。转速控制电路243进行的控制可以采用PID控制等各种公知的反馈控制。
通过FLL控制，输入了相同周期的基准脉冲信号的多个风扇2以按照基准脉冲信号的转速进行旋转。由此，消除了因微型计算机和/或IC的偏差等原因引起的一些误差，原则上，所有的风扇2以相同的转速旋转，防止了起伏声等异常声音的产生。另外，虽然有时因筐体11内的气流的影响而使风扇2的转速暂时发生变动，但由于进行反馈控制，因此原则上，所有的风扇2以基本相同的转速旋转。如已经说明的那样，在服务器12的温度高的情况下，基准脉冲信号的周期变短，所有风扇2的转速同样地增加。在服务器12的温度低的情况下，基准脉冲信号的周期变长，所有风扇2的转速同样地减小。这样，通过利用FLL控制，按照与随时间一起变化的基准脉冲信号，使所有风扇2准确地联动。
在FLL控制中，也可以采用其它方法来作为求解周期差的方法。例如，也可以进行控制，使得基准脉冲信号和实际旋转脉冲信号的一定时间内的脉冲数的差为0。
作为转速控制电路243的控制，也可以采用PLL(Phase Locked Loop：锁相环)控制。图6是用于说明PLL控制的概况的图。在PLL控制中，转速控制电路243检测基准脉冲信号51的上升沿513和紧邻其后的下降沿514。另外，检测与实际旋转脉冲信号52对应的上升沿523和紧邻其后的下降沿524。转速控制电路243利用来自振荡器的高频脉冲信号，取得上升沿513和上升沿523之间的时间dθ1以及下降沿514和下降沿524之间的时间dθ2。
转速控制电路243对驱动信号进行控制，使得dθ1和dθ2两者都变为0。由此，对风扇2的旋转进行控制，使得从旋转检测部241输出与基准脉冲信号51相位一致的实际旋转脉冲信号52。其结果是，与FLL控制时相同，多个风扇2的转速相等，防止了起伏声等异常声音的产生。
另外，在服务器12的温度高的情况下，基准脉冲信号的周期变短，所有风扇2的转速同样地增加。在服务器12的温度低的情况下，基准脉冲信号的周期变长，所有风扇2的转速同样地减小。
在PLL控制中，也可以采用各种方法，例如，也可以控制成：仅取得dθ1，使dθ1变为0。或者也可以控制成：求出上升沿和下降沿的中间时刻，使基准脉冲信号51的中间时刻和实际旋转脉冲信号52的中间时刻一致。
(第二实施方式)
图7是示出本发明所例示的第二实施方式的风扇系统20a的图。风扇系统20a具有第一风扇2a、第二风扇2b和脉冲信号生成部4。第一风扇2a和第二风扇2b是轴流风扇，使中心轴一致地进行配置。利用第一风扇2a和第二风扇2b构成所谓的二重反转轴流风扇。
第一风扇2a和第二风扇2b的基本构造与图4相同。即，通过旋转检测部241、驱动电路242和转速控制电路243来进行FLL控制。从脉冲信号生成部4分别向第一风扇2a和第二风扇2b输入基准脉冲信号。对两风扇2a、2b，即可以输入相同周期的基准脉冲信号，也可以输入不同周期的基准脉冲信号。风扇2a、2b以遵照基准脉冲信号的正确的转速进行旋转。
第一风扇2a和第二风扇2b的转速通过预先进行噪音测定来决定。由此，能降低因两风扇2a、2b的破风声的干扰而产生的起伏声等异常声音或噪音。另外，也可以通过使基准脉冲信号随时间一起改变，来改变两风扇的转速。在该情况下，预先决定与第一风扇2a的各转速对应的、最优选的第二风扇2b的转速。
(第三实施方式)
图8是示出本发明所例示的第三实施方式的风扇系统20b的图。风扇系统20b具有第一风扇2c、第二风扇2d和脉冲信号生成部4。第一风扇2c和第二风扇2d是离心风扇，使中心轴一致地在左右间隔开进行配置。
在第一风扇2c和第二风扇2d之间配置有CPU等发热体6。在第一风扇2c中，从开口24沿中心轴向图8的左方向进行进气，通过叶轮从开口25沿与中心轴垂直的方向进行排气。在第二风扇2d中，从开口24沿中心轴向图8的右方向进行进气，通过叶轮从开口25沿与中心轴垂直的方向进行排气。通过风扇2c、2d，在发热体6的周围生成将由发热体6放出的热排出的空气流。
关于第一风扇2c和第二风扇2d的基本构造和控制，除了为离心风扇这一点之外，其它都与第二实施方式相同。通过使第一风扇2c的转速和第二风扇2d的转速准确地一致，可以降低起伏声等异常声音。另外，从发热体6所具有的温度计向脉冲信号生成部4输入温度信号，当发热体6的温度上升时，两风扇的转速同样地增加。
本发明并不限于上述实施方式，可以进行各种变形。例如风扇不限于轴流风扇和离心风扇，也可以是其它的各类风扇。多个风扇的配置也可以进行各种变更。
脉冲信号生成部4不需要设置在一个电路基板上，例如，也可以对应于一个风扇设置一个电路基板，并将多个电路基板电连接，由此构成脉冲信号生成部4。另外，转速控制电路243也可设置在风扇的外部，例如也可以设置在与脉冲信号生成部4相同的位置。
旋转检测部241不限于利用霍尔元件，也可以采用FG模式或其它方法来检测旋转。关于实际旋转脉冲信号，也可以不需要使电动机部21的一圈和一个脉冲相对应，而在电动机部21的一圈期间输出多个脉冲。风扇的转速、即叶轮22的转速原则上与电动机部21的转子的转速相等。但是，在叶轮22不与电动机部21直接连接，而是经由减速机等进行连接的情况下，叶轮22的转速和电动机部21的转速不一致。在该情况下，实际旋转脉冲信号既可以表示叶轮22的转速，也可以表示电动机部21的转速。在任何一种情况下，都将电动机部21的转速实质地输入到转速控制电路243中。
输入到脉冲信号生成部4中的外部信号如果是来自安装有多个风扇的设备的信号，则也可以是表示服务器12或发热体6等的温度的信号以外的信号。例如也可以输入CPU等运算处理部的运算量或工作中的服务器12的数量，作为外部信号。温度计也可以测定发热体周围的温度。
在上述实施方式中示出的风扇系统能够利用于多个风扇邻接或接近地配置的各种风扇系统中。尤其优选使用于采用多个风扇的服务器系统、通信系统、路由器等。
在上面，对本发明的优选方式进行了说明，但是可在不脱离本发明的范围和本质的情况下进行变形和变更，这对本领域技术人员来说是清楚的。因此本发明的范围仅由权利要求书来确定。

Claims (10)

1.一种风扇系统，其具有脉冲信号生成部和多个风扇，
所述多个风扇分别具有：
电动机部；
叶轮，其借助所述电动机部而旋转；
驱动电路，其驱动所述电动机部；
旋转检测部，其检测所述电动机部的旋转；以及
转速控制电路，其根据来自所述脉冲信号生成部的基准脉冲信号和来自所述旋转检测部的实际旋转脉冲信号，按照所述基准脉冲信号的周期，对所述电动机部的转速进行反馈控制。
2.根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述多个风扇被输入相同周期的基准脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的风扇系统，其中，所述相同周期的基准脉冲信号的周期随时间而变化。
4.根据权利要求3所述的风扇系统，其中，
来自安装有所述多个风扇的设备的外部信号被输入到所述脉冲信号生成部，
所述脉冲信号生成部依照所述外部信号，使所述相同周期的基准脉冲信号的周期变化。
5.根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述多个风扇是轴流风扇，所述多个风扇排列在与旋转轴垂直的方向上。
6.根据权利要求5所述的风扇系统，其中，所述脉冲信号生成部和所述多个风扇被安装在一个框上。
7.根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述转速控制电路通过FLL控制来控制所述电动机部的转速。
8.一种电子设备，其具有：
发热体；
脉冲信号生成部；以及
多个风扇，其在所述发热体的周围生成空气流，
所述多个风扇分别具有：
电动机部；
叶轮，其借助所述电动机部而旋转；
驱动电路，其驱动所述电动机部；
旋转检测部，其检测所述电动机部的旋转；以及
转速控制电路，其根据来自所述脉冲信号生成部的基准脉冲信号和来自所述旋转检测部的实际旋转脉冲信号，按照所述基准脉冲信号的周期，对所述电动机部的转速进行反馈控制。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中，
该电子设备还具有测定所述发热体或该发热体周围的温度的温度计，
所述多个风扇被输入相同周期的基准脉冲信号，
所述脉冲信号生成部依照来自所述温度计的温度信号，使所述相同周期的基准脉冲信号的周期变化。
10.根据权利要求8或9所述的电子设备，其中，
所述多个风扇是轴流风扇，
所述多个风扇排列在与旋转轴垂直的方向上，
所述脉冲信号生成部和所述多个风扇被安装在一个框上。
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