JP2008248747A

JP2008248747A - ファン制御装置、及びファン制御方法

Info

Publication number: JP2008248747A
Application number: JP2007089443A
Authority: JP
Inventors: Jun Eto; ジュン江藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16
Also published as: US20080303466A1; GB2448080B; CN101275579A; CN101275579B; GB0805694D0; TW200839103A; KR20080088420A; GB2448080A

Abstract

【課題】筐体の振動を抑えることのできるファン制御装置、及びファン制御方法を提供する。
【解決手段】指定回転数に対応するデータに基いて、筐体に一体に取りつけられたファンの動作を制御するファン制御装置において、前記ファンの回転数を、所定の周期で、前記指定回転数を中心として±両側に変動するように制御する制御部、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファンを制御するファン制御装置、及びファン制御方法に関する。

サーバー等のコンピューター機器には、冷却用のファンが設けられることがある。ファンの回転により、コンピューター機器の筐体が振動する。このような振動は、コンピューター機器の故障の原因となることが考えられ、好ましくない。従って、筐体の振動を抑える技術が望まれる。

一方で、ファンの回転は、振動音や風切り音を生じることがある。このような音は、ファンの周囲に居る人間に対して不快感を与えることがある。従って、ファンの音が与える不快感を低減することが、ファンに対する別の要求として挙げられる。

上記と関連して、ファンの音による不快感を低減させる為の技術が、特許文献１〜３に記載されている。すなわち、特許文献１には、放熱ファンの風量を、１／ｆゆらぎ特性で制御することが記載されている。また、特許文献２には、放熱用のファンを有する画像形成装置において、ファンの入力電圧を１／ｆゆらぎの周期成分で制御することが記載されている。また、特許文献３には、電圧を決定し、かつこれをブロワモーターへ出力する基準ブロワ決定手段と、基準ブロワ決定手段により決定された基準ブロワ電圧よりも低いブロワ電圧を決定する低ブロワ決定手段と、前記低ブロワ電圧にゆらぎ幅を付与するゆらぎ幅付与手段とを備える空調装置が開示されている。

特開２００５−７６５４０号公報特開平９−２１２０４４号公報特開平５−２２１２２７号公報

しかしながら、上述の何れの文献にも、筐体の振動を抑制する点については記載されていない。従って、本発明の目的は、筐体の振動を抑えることのできるファン制御装置、及びファン制御方法を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明にかかるファン制御装置（１）は、指定回転数に対応するデータに基いて、筐体に一体に取りつけられたファン（３）の動作を制御するファン制御装置である。このファン制御装置（１）は、ファン（３）の回転数を、所定の周期で、その指定回転数を中心として±両側に変動するように制御する制御部（１２）、を具備する。

上述のように、ファン（３）の回転数を、所定の周期で、指定回転数に対して±両側に微変動するように制御すると、ファン（３）自体の振動が広周波数帯に分散され、その振動量のピーク値が減少する。その結果、ファン（３）に一体に取りつけられた筐体の振動ピーク値を抑制することができる。

このファン制御装置（１）において、ファン（２）がＤＣモータ（２）により駆動される場合、制御部（１２）は、ＤＣモータ（２）に印加する電圧を制御することで、ファン（３）の回転数を制御することが好ましい。

このファン制御装置（１）において、制御部（１２）は、ファン（２）の回転数が、指定回転数を振幅の中心とした正弦波形になるように、制御することが好ましい。

ファンの回転数を、正弦波形を描く様に変動させると、ファン及び筐体の振動を、より広い周波数帯に渉り分散でき、振動ピーク値をより減少させることができる。

このファン制御装置（１）において、制御部（１２）は、その指定回転数に対して、±０〜±３％の範囲で変動するように、ファン（３）の回転数を制御することが好ましい。ファンの回転数を±３％より大きい範囲で変動させても、振動の分散効果は殆ど変動しない。一方で、ファン本来の機能である冷却の効率が悪化する。

このファン制御装置（１）において、ファン（３）は、サーバの筐体に取りつけられていることが好ましい。

本発明にかかるファン制御方法は、指定回転数に対応するデータに基いて、筐体に一体に取りつけられたファンの動作を制御するファン制御方法である。このファン制御方法は、ファン（３）の回転数を、所定の周期で、その指定回転数に対して±両側に変動するように制御する制御ステップ、を具備する。

このファン制御方法において、ファン（３）がＤＣモータ（２）により駆動される場合、制御ステップにおいて、ＤＣモータ（２）に印加する電圧を制御することで、ファン（３）の回転数を制御することが好ましい。

このファン制御方法は、制御ステップにおいて、ファン（２）の回転数を、指定回転数を振幅の中心とした正弦波形になるように、制御することが好ましい。

このファン制御方法は、制御ステップにおいて、その指定回転数に対して、±０〜±３％の範囲で変動するように、ファン（３）の回転数を制御することが好ましい。

このファン制御方法において、ファン（３）は、サーバの筐体に取り付けられていることが好ましい。

図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明にかかるファン制御装置１と、ファン制御装置１によって制御されるファン３の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、ファン３は、ＤＣモータ２に接続されており、ＤＣモータ２の駆動により回転する。本実施形態に係るファン制御装置１は、ＤＣモータ２にパルス的に電圧を印加し、印加する電圧量を時間的に制御することで、ファン３の回転数を制御するものである。

ファン３は、サーバの筐体（図示せず）と一体に形成されている。ファン３が回転すると、その振動がサーバの筐体に伝わり、筐体が振動する。尚、本実施形態のように、ＤＣモータ２によりファン３を回転させる場合、ファン３の回転数は、ＤＣモータ２に印加される電圧に比例する。

ファン制御装置１は、電圧決定機構１１と、電圧制御回路（制御部）１２と、を備えている。

電圧決定機構１１は、入力された回転数指令に基いて、ＤＣモータ２に印加する電圧、及びパルス幅を決定し、電圧制御回路１１に通知する機能を実現する。尚、電圧を決定するにあたっては、例えば、予め電圧とファン３の回転数との対応関係を求めておき、この対応関係を参照することで求めることができる。また、電圧決定機構１１は、例えば、ＣＰＵや、ＲＯＭなどにインストールされたプログラムにより構成される。

電圧制御回路１２は電源に接続されており、電源から供給される定格電圧を、電圧決定機構１１から通知された電圧に変圧して、ＤＣモータ２に印加する。この際、電圧決定機構１１より通知されたパルス幅に基いて、パルス的に電圧をＤＣモータ２に印加する。

続いて、本実施形態に係るファン制御装置１の動作方法について説明する。

まず、ファン制御装置１に回転数指令が入力される。回転数指令は、指定回転数を示すデータである。指定回転数は、ファン３に要求される回転数を示すものであり、例えばユーザがキーボードなどの入力装置（図示せず）によって入力した情報や、温度センサ（図示せず）による筐体内の温度測定結果、等に基いて生成され、ファン制御装置１に入力される。尚、図示は省略するが、このような指定数指令の生成は、例えば、サーバ内にインストールされたコンピュータプログラムにより実現することができる。

続いて、電圧決定機構１１が、取得した回転数指令に基いて演算を行い、ＤＣモータ２に印加する電圧とパルス幅を決定する。具体的には、回転数指令の示す指定回転数を与える電圧（以下、基準電圧Ｖと記載することがある）を求める。電圧決定機構１１は、この基準電圧Ｖとパルス幅を、データとして電圧制御回路１２に通知する。

電圧制御回路１２は、取得した基準電圧Ｖ、パルス幅に基いて、電源より入力される定格電圧を変圧してＤＣモータ２に印加する。これにより、ＤＣモータ２が駆動し、ファン３が回転する。この際、電圧制御回路１２は、図２（ａ）に示されるように、電圧が周期Ｔで基準電圧Ｖを中心として±両側にΔｖだけ変動するように、各パルスにおいて電圧を印加する。尚、図２（ａ）に示される例は、電圧が、振幅＝Δｖ、周期Ｔの正弦波形となるように印加される場合について示している。

ファン３の回転数の挙動は、ＤＣモータ２に印加される電圧の挙動に実質的に一致する。従って、ファン３の回転数も、指定回転数を中心として、周期Ｔで±両側に変動する挙動となる。

ところで、ファン３の振動源は、ＤＣモータ２のトルクであると考えられる。トルクは、フレミング左手の法則（Ｆ＝ｉＢＬ；Ｆはトルク、ｉはＤＣモータ２の電線を流れる電流値、Ｂは磁界、Ｌは電線の長さ）より、ＤＣモータ２の電線を流れる電流値ｉに比例する。ＤＣモータ２の電線を流れる電流の向きは、ＤＣモータ２のコイルの回転により時間的に変化する。図２（ｂ）は、ＤＣモータ２に印加される電圧が一定の場合（図２（ｃ）参照）における、電流値ｉの時間変化を示したグラフである。このグラフに示されるように、印加される電圧が一定の場合には、電流値の周期は一定（Ｔｉ）である。一方、既述の様にＤＣモータ２に印加される電圧を時間的に変動させた場合には、電流値ｉの周期が一定ではなくなる。電流値ｉはトルクに比例するので、トルクも一定周期とはならない。すなわち、トルクが複数の周波数に分散される事となる。また、トルクのピーク値は、複数の周波数に分散される事によって、減少する。その結果、ファン３の振動のピーク値も減少する事となり、サーバ内に設けられた機器類（ハードディスク等）の劣化が抑制される。尚、電流値ｉの周期Ｔｉは、ＤＣモータ２に印加される電圧の変動を正弦波形とした時に、より不規則となる。従って、ＤＣモータ２に印加される電圧の変動を正弦波形とする事で、ファン３の振動がより広い周波数帯に分散され、機器類の劣化をより抑制することができる。

図３Ａ乃至Ｃは、ファン３を駆動させたときの筐体の振動量と、筐体の振動の周波数との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。各図において、実線は比較例の結果を示しており、破線は実施例１〜３の結果を示してある。図３Ａは実施例１、図３Ｂは実施例２、図３Ｃは実施例３の結果をそれぞれ示している。比較例は、ファンの回転数が６０００回転（１００Ｈｚ）で一定となるように、ＤＣモータ２に印加する電圧を一定とした場合の結果である。実施例１〜３は、ＤＣモータ２に印加される電圧を正弦波形で変動させた場合の結果である。実施例１は、指定回転数が６０００回転（１００Ｈｚ）、周期Ｔが１．２８秒（１２８回転）、振幅Δｖが基準電圧Ｖの１％の場合の結果である。実施例２は、振幅ΔＶを基準電圧Ｖの３％とした場合の結果であり、実施例３は、振幅ΔＶを基準電圧Ｖの５％とした場合の結果である。実施例２、３において、振幅ΔＶ以外の条件は実施例１と同じである。シミュレーションにあたっては、まずＤＣモータ２に印加する電圧の時間的挙動に基いて、図２（ｂ）で示したようにＤＣモータ２の電線を流れる電流値の時間変化を算出した。この電流値の時間変化をフーリエ変換することで、各周波数におけるトルク値を算出した。上述した様に、トルク値は、筐体の振動量と捉えることができる。従って、比較例におけるトルク値のピーク値を１とし、実施例１〜３のトルク値を０〜１の間で正規化して、筐体の振動値とした。

図３Ａ乃至Ｃに示されるように、比較例においては、ファンの回転数に一致する１００Ｈｚの振動が顕著に確認された。一方、実施例１〜３では、広い周波数帯で振動が見られるものの、振動のピーク値は比較例と比較して抑制される事が確認された。すなわち、ＤＣモータ２に印加される電圧を変動させる事により、筐体の振動量が広い周波数帯に分散され、振動量のピーク値としては低くなる事が確認された。

また、振幅ΔＶを変更した場合の結果について説明する。振幅ΔＶを１％（実施例１）〜３％（実施例２）に高めると、振動がより広い周波数帯に分散してそのピーク値も減少した。但し、３％から５％（実施例３）に高めても、振動の分散、及びピーク値の減少に殆ど差は見られなかった。振幅ΔＶを高くしすぎると、ファン本来の役割である冷却効果が悪化することが考えられる。従って、冷却効果及び振動の分散効果の観点から、振幅ΔＶは０〜３％とする事が好ましいといえる。

尚、本実施形態では、回転数指令が入力され、電圧決定機構１１が回転数指令を電圧指示に変換する場合の例について示したが、指定回転数に対応するデータが入力されれば、必ずしも指定回転数そのものを示すデータが入力される必要はない。例えば、指定回転数に対応する電圧データが直接に生成され、ファン制御装置１に入力されてもよい。この場合、電圧決定機構１１において、回転数指令にもとづいて電圧指令を生成する必要は無く、パルス幅だけが決定されればよい。また、パルス幅も外部で生成され、ファン制御装置１内に入力される様にすれば、電圧決定機構１１自体も不要となる。

本発明にかかるファン制御装置の構成を示すブロック図である。（ａ）モータに印加する電圧と時間との関係を示す概念図である。（ｂ）電流と時間との関係を示す概念図である。（ｃ）モータに印加する電圧と時間との関係を示す概念図である。実施例１のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。実施例３のシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１ファン制御装置
２ＤＣモータ
３ファン
１１電圧決定機構
１２電圧制御回路

Claims

筐体に一体に取りつけられたファンの動作を制御するファン制御装置であって、
指定回転数に対応するデータに基いて、前記ファンの回転数を、所定の周期で、前記指定回転数を中心として±両側に変動するように制御する制御部、
を具備する
ファン制御装置。
請求項１に記載されたファン制御装置であって、
前記ファンは、ＤＣモータにより駆動され、
前記制御部は、前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することで、前記ファンの回転数を制御する
ファン制御装置。
請求項１又は２に記載されたファン制御装置であって、
前記制御部は、前記ファンの回転数を、前記指定回転数を振幅の中心とした正弦波形を描いて変動するように、制御する
ファン制御装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載されたファン制御装置であって、
前記制御部は、前記指定回転数に対して、±０％〜３％以下の範囲で変動するように、前記ファンの回転数を制御する
ファン制御装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載されたファン制御装置であって、
前記ファンは、サーバの筐体に取りつけられている
ファン制御装置。
指定回転数に対応するデータに基いて、筐体に一体に取りつけられたファンの動作を制御するファン制御方法であって、
前記ファンの回転数を、所定の周期で、前記指定回転数に対して±両側に変動するように制御する制御ステップ
を具備する
ファン制御方法。
請求項６に記載されたファン制御方法であって、
前記ファンは、ＤＣモータにより駆動され、
前記制御ステップにおいて、前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することで、前記ファンの回転数を制御する
ファン制御方法。
請求項６又は７に記載されたファン制御装置であって、
前記制御ステップにおいて、前記ファンの回転数が、前記指定回転数を振幅の中心とした正弦波形になるように、制御する
ファン制御方法。
請求項６乃至８のいずれかに記載されたファン制御方法であって、
前記制御ステップにおいて、前記指定回転数に対して、±０〜±３％の範囲で変動するように、前記ファンの回転数を制御する
ファン制御方法。
請求項６乃至９のいずれかに記載されたファン制御方法であって、
前記ファンは、サーバの筐体に取りつけられている
ファン制御方法。