JP2010004047A - デバイスの位置に応じたファン制御方法及びそれを実現するデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的なファンの作動を実現すること。
【解決手段】本発明は、電子デバイスに備わるファンの動作を制御する方法に関する。判断ステップは、電子デバイスの鉛直位置若しくは水平位置を検出する。ファンは、デバイスが水平位置にある間はデバイスの起動中に始動されない。鉛直位置にあるデバイスにおける“fireplace（暖炉）”により生成される空気の流れは、正常な通気を確保するのに十分である。好ましくは、デバイスは、デバイスの内部温度を測定するセンサを有し、デバイスの位置がいずれであっても、ファンは、所定の温度からオンされる。本発明は、また、本方法を実現するデバイスに関する。
【選択図】図４

Description

本発明は、デバイスの鉛直位置若しくは水平位置に応じたファン制御方法に関する。また、本発明は、本方法を実現するデバイスに関する。

電子デバイスは、通常動作中に大量のエネルギを消費する。このエネルギは、実質的にシールされているデバイス内で集中される熱へと変換される。集積回路の集中により、現在のデバイスの電子機器は、旧来のデバイスよりも単位表面積あたりより多くの熱を放出する。この集中は、温度上昇をもたらし、これは、最終的に、集積回路及び、CPUやハードディスクのような他の繊細な素子の信頼性に有害となる。この問題を解決するため、冷却システムは、内部を冷却するために外部からの冷却空気を吹く１つ以上のファンを用いて電子デバイス内に実現される。テレビデコーダへのハードディスクの統合は、従って、PVR（パーソナル・ビデオ・レコーダ）の機能を可能とするが、作動状態の回路のセットにより解放される熱を顕著に増加させる。例えば、市場で４０Wのオーダーの平均消費電力を有するデュアル受信機能付き高解像度（High Definition）PVRを見つけることは希でない。

この熱は、排出されない場合は、電子機器の老化の促進を引き起こし、不可逆的な劣化をもたらす。これを避けるため、製造業者は、熱い空気の輩出を可能とするためにデバイスボックスに空気口を切開する。ファンは、空気口の前側に位置され、外部との交換を促進し、内部の正常な冷却を可能とする。しかし、全開の速度でベンチレータを使用することはうるさい。デバイスが、例えば寝室に配置されることができるテレビデコーダである場合、ユーザの睡眠を妨げてはならない。通常的に認証される最大の閾値は、２５デシベルである。この測定値は、音圧方法により、即ちデコーダの前面から１メートルの位置のマイクロフォンを用いて、実現される。

音のレベルを低減するために、ファンのサーボシステムは、速度を定期的にチェックし、達成されるべき命令に従って速度を調整する。温度センサは、通常高温であるデバイスの領域に配置される。温度閾値に到達若しくは上回ると直ぐに、ファンの速度が、センサにより測定される値と温度閾値との差に比例して増加する。デバイスの起動中、ファンは、低速でオンし、温度がデバイス内部で５０℃を超えると直ぐに、ファンの速度が増加される。ある回転速度を上回る場合、デバイスはうるさくなる。その動作を制御するため、ファンは、ブレードの実際の速度に応じた信号を送る視距（tachymetric）センサが実装される。ファンの制御ユニットは、視距センサから来る信号を解析し、ファンの速度の調整を保証する。調整は、PDI（比例: Proportional、積分: Integral、微分:
Derviative）型の自動化により実行される。この効率的な自動化は、視距センサにより測定される値から計算される指令に従ってファンに供給されるコマンドを調整することによって、正確な速度の調整を可能とする。

LIAO TS-HSINEによるUS2007/296408A1 KATOH TAKAYUKIによるUS2006/155424A1 MILLERによるUS6542846

過大な熱を加勢する困難を体験する電子構成部品は、次のジレンマに突き当たる。即ち、構成部品の過熱のリスクとノイズの不在に特典を与えるか、若しくは、可能な限りデバイスの内部を通気するがうるさいものにしてしまうか。本発明は、とりわけ、このジレンマを、少なくともある環境下で解決することを可能とする。

近年、電子デバイスの設計者は、デバイスを鉛直に配置することによって、構造の上部と底部のインレットの存在が、暖炉における火のような、デバイス内部の自然な対流のレベルの増加を可能とすることを発見した。この暖炉効果は、デバイスの自然な冷却を相当に増大する。本発明は、この対流現象を考慮し、デバイスにより生成される騒音を最小化するために有効利用する。

特許文献１は、電子センサ及び複数のファンを冷却するシステムを用いて温度を制御するシステムを開示する。センサは、印刷回路上に拡散され、放散される熱のマッピングを提供する。各値は、センサが配置される領域に関連した閾値と比較され、閾値を超えると、（考慮される領域を冷却するために）１つ以上のファンが動作可能とされる。

特許文献２は、モバイルPC用の空冷機構を開示する。ファンは、内部を冷却するために使用される。加速度計は、PCの動作状態を変化させるPCの移動を検出する。この新たしい動作状態では、プロセッサは、温度の測定を実行し、PCの内部クロック若しくはファン速度を変化させうる。

特許文献３は、バッテリを含むデバイスの温度調整を開示する。幾つかのセンサは、バッテリにより放出される熱を測定し、測定結果に応じて、冷却ファンの制御を変化させることが必要であるか否かを判断する。幾つかのファンは、特別な領域を冷却するために使用される。

全てのこれらの文献は、温度センサに基づく速度調整に関し、従って、これらの文献に開示されるデバイスの位置に関係しないファンの作動に関する。したがって、デバイスは、起動されるとき、おそらく不必要であるのにうるさい。

本発明の一目的は、電子デバイスに備わるファンの動作を制御する方法であって、
前記電子デバイスの鉛直位置若しくは水平位置を判断する判断ステップを含み、前記ファンは、前記デバイスが鉛直位置にあると検出されたときに前記デバイスの起動中にオンされないことを特徴とする、制御方法である。

これにより、デバイスが、起動中に、鉛直位置にあることを検出した場合、この位置は、ファンをオンする必要なく正常な通気を確保するのに十分でありうる。

第１の改善例によれば、内部温度の測定がデバイス内で実行される。デバイスの位置がいずれであっても、ファンは、所定の温度からオンされる。これにより、例えば通気口の塞がりに後続するデバイスの損傷のリスクが無くなる。

その他の改善例では、光及び／又は音の信号が、ファンがオンしていること及びデバイスが鉛直位置にあることを指示するために送信される。これにより、ユーザは、温度の非常に大きい上昇に起因したデバイスの故障を知らされる。

本発明のその他の目的は、電子回路及び内部冷却用のファンが組み込まれ、水平若しくは鉛直位置を取ることができるデバイスであって、当該デバイスの位置を判断する検出器と、当該デバイスが鉛直位置にあると検出されたときに当該デバイスの起動中に前記ファンの始動を禁止する制御手段とを含む、デバイスである。

改善例によれば、ファンは、鉛直位置にある当該デバイスの底部の側方に配置され、デバイス内に外気を吹き入れる。これにより、空気流れにより生成される最大の騒音は、デバイスの外部でなく、デバイスの内部に位置する。その他の改善例によれば、大部分の熱を放散する回路は、当該デバイスが鉛直位置にあるときに前記ファンの下側の空気口の近傍に位置する。これにより、回路は、より効率的に冷却される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例として取られる次の実施例の説明から明らかになるだろう。

本発明の一実施例による電子デバイスの断面を示す図。 好ましい実施例によるサーボシステムを示す図。 本発明の一実施例による方法の主要ステップのフローチャートを示す図。 図４（Ａ）は鉛直位置の電子デバイスを示し、図４（Ｂ）は、ファンが稼働する水平位置の電子デバイスを示す図。

図１は、例えばテレビデコーダである電子デバイスの断面を表す。デバイスは、電子回路２が配設される印刷回路１を含む。ハードディスク３は、データの記録、特に非常に長い音響映像作業の記録を可能とする。回路２及びディスク３は、大きな電力を消費し、熱を出し、例えば、１７ワットを放散するテレビデコーダに対して、そのＣＰＵは、約３ワットの熱レベルを自身が放出する。その結果、図１で灰色で印されたデコーダのある領域は、他の領域よりも高温である。これらの高温領域のうちの１領域内に配置される温度センサ４は、好ましくは、大部分の熱を生成する回路の近傍に配置されるが、温度に比例した電圧を生成する。ファン５は、外部から冷却空気を提供し、冷却空気をデバイスの左側に実現される開口を介してデコーダ空間に移動させる。デコーダボックスに切開された幾つかの空気口６は、下側、右側、上部からの高温の空気の出口を可能とする。図１に示される湾曲した矢印は、空気流れの経路を示す。空気口の数、位置及びサイズは、良好な通気の重要な要素であり、これらのパラメータは、当業者に良く知られている。デバイス位置検出器８は、デコーダ印刷回路上に配置される。４つの脚９は、デバイスが平らな表面上に配置されるときにデバイスの下方に配置され、左側面にも４つの他の脚９がある。

ファンは、好ましくは、デバイスが鉛直位置にあるときに下側の空気口のそばに配置される。実際、騒音は、ファンの空気口のレベルで主に生成され、そこでは、空気流れの狭くなる部分がある。この騒音は、ファンにより生成される騒音に付加されるので、最大の音レベルは、デコーダの外部でなく内部で測定される。更に鉛直位置では、音は、デコーダの下方に位置する乏しい空間により緩和される一方、ファンがデコーダの上部に配置されている場合はもっと少なくなるだろう。脚９の高さは、十分な空気の吸入を確保しつつ通気口を塞がないように注意を払わなければならない。

図２は、好ましい実施例によるファン制御システムを示す。温度センサ４、ファン５及び位置検出器８は、管理ユニット７に接続される。管理ユニットは、ファン制御専用のマイクロコントローラであってよい。管理ユニット７は、また、デコーダのＣＰＵの一部であってもよい。管理ユニット７は、その特性の如何にかかわらず、温度センサ４からの信号の受信用の少なくとも１つのアナログ入力と、検出器８からのデジタル信号及び視距（tachymetric）センサからのデジタル信号（これらの“Ｔａｃｈｙ”と称される後者の信号は、ファン速度を表す）を受信するための２つのデジタル入力とを有する。管理ユニット７は、ファン５の制御用の制御出力を備える。センサ４により実現される計測、Ｔａｃｈｙ信号及び位置検出器５により提供される情報に従って、マイクロコントローラ７は、ファンの回転をトリガし若しくはトリガせず、その設定速度を決定して、正規の温度以下にデコーダの内部を維持するのに十分な冷却空気流れを生成する。

実施例では、ファンは、ファンの回転速度を直接制御するアナログ信号により制御される。測定は、多数のデシベルと所与の速度、従って、ファンに印加される制御値との間の相関を実証した。それは、必要なときだけのファンの使用であって、可能な最も低い速度でのファンの使用を意味する。

位置検出器８は、デコーダが鉛直位置又は水平位置に配置されたかを判断する。簡易な実施例では、検出器は、ＲＥＥＤタイプのリレーであり、２つの電極を有するガラス管内を移動する水銀液からなる。管が平らに置かれた場合、電気接触が双方の電極間で確立される。管が鉛直位置にある場合、電気接触が無い。変形例として、検出器の下方に配置される簡易な低圧押しボタンを使用することができ、デコーダの重量は、電気接点を閉じるのに十分である。デコーダが鉛直位置にあるとき、接点は開く。

デバイス及びファン制御システムを構成する異なる要素を詳説した後、それらがどのように協動するかを今から説明する。本方法の主要なステップは、図３のフローチャートにより説明される。

ステップ３．１では、デコーダはオンされる。起動の開始時、管理ユニット７は、データが鉛直位置又は水平位置にあるか否かを判断するために位置検出器８から来る信号を解析する（ステップ３．２）。デバイスが水平位置にある場合、管理ユニットは、いずれの場合も正常な動作のために必要であると考慮して、最小速度でファンをオンする（ステップ３．３）。デバイスが鉛直位置にあると検出された場合、暖炉効果が下側の空気口と上側の空気口の間の最小の空気流れを確保するので、ファンをオンすることは絶対に不必要である。ステップ３．４では、管理ユニットは、温度センサ４により提供される温度を解析する。ステップ３．５では、測定された温度が最大の温度閾値と比較される。この温度は、一般的にはＣＰＵである大部分の熱を放散する構成要素の特性に依存する。測定された温度が閾値よりも低い場合は、管理プログラムは、ファンコマンドを変化させずに、ステップ３．４にてループする。しかし、温度が閾値よりも大きい場合は、管理ユニットは、測定された温度に少なくとも依存するファンのコマンド値を算出する（ステップ３．６）。ステップ３．７では、算出されたコマンド値は、ファンに適用され、従って、構成要素の効率的な冷却を確保する。

デコーダが鉛直位置にある場合でも温度を測定する事実は、正常な動作の追加的な保証を提供する。実際、ファンの空気口のレベルに位置するグリッドが、物やごみにより塞がれる場合は、デコーダが鉛直位置にある場合でもファンをオンすることが必要になる。

図４（Ａ）は、鉛直位置のデコーダを示し、図４（Ｂ）は、水平位置のデコーダを示す。鉛直位置では、点線矢印で図示される空気流れは、空気が下側の空気口及び中間の空気口から入り、大部分が上側の空気口から出て行き、速度がファンの動作無しで十分であることを、示している。水平位置（図４（Ｂ））では、“暖炉”効果が無く、ファン５は、外部からデコーダ空間内へ冷却空気を送る。冷却空気が異なる空気口６を介して入ることで、デコーダの内部を冷却される。

幾つかの試験が、７ワットを放散する電子回路を持つ印刷回路を含み、長さ２９．５センチ、幅１８センチ、深さ５センチの平行パイプ型の寸法を有するデジタルテレビデコーダに関して実施された。ファンの寸法は、長さ４ｃｍ、幅４ｃｍ、深さ２ｃｍである。センサにより印刷基板で実行される測定及びデコーダのＣＰＵで実行される測定は、次の通りである。

実行された測定は、鉛直に設置されたデコーダの温度は、ファンが低速で動作する状態の水平置きのデコーダの温度に近いことを示す。製造業者は、一般的に、回路で測定される１００℃以下で回路の正常な動作を保証する。この場合、この温度は、デコーダが鉛直位置にあり、ファンがオフのときに到達されない。センサが５４℃より大きい温度を測定した場合、位置がいずれでも、ファンがオンする。

一改善例によれば、デコーダの前面上に配置された例えばＬＥＤダイオードである光インジケータは、管理ユニット７により制御される。インジケータの光は、転倒したときに温度の異常を示す。この異常は、デバイスが鉛直一にデコーダがあること及びデコーダ内部で測定された温度が最大温度閾値を超えることを検出したときに介入する。この指示のおかげで、ユーザは、空気口６が機能していないことを知らされる。ユーザは、このように知らされるので、空気口が物体により若しくは単に蓄積されたダストにより塞がれているかをチェックすることができる。かかる異常の指示は、デコーダにリンクされたスクリーン上の可視のメッセージを介して実行されることもでき、及び／又は、デコーダにより同期された音声メッセージを介して実行されることもできる。

その他の改善例では、大部分の熱を放散する構成要素は、デコーダが鉛直位置にあるとき印刷回路の底部に位置する。実際、デコーダのこの部分は、冷却空気の入口に最も近く、“煙突”効果の恩恵を存分に受け、これにより、回路のより良好な冷却が可能となる。デコーダの長さが２９．５センチである例では、回路は、下側の空気口から最大６ｃｍ、即ち少なくとも側部長さの１／６で配置されるべきである。

当業者は、クレームされたような本発明の適用領域から逸脱することなく多くの他の特別な形態へと本発明を適合させることができる。従って、本実施例は、例であると看做されるべきであるが、添付のクレームの範囲により定義される領域内で修正されることができる。

Claims (12)

1. 電子デバイスに備わるファンの動作を制御する方法であって、
   前記電子デバイスの鉛直位置若しくは水平位置を判断する判断ステップを含み、前記ファンは、前記デバイスが鉛直位置にあると検出されたときに前記デバイスの起動中にオンされないことを特徴とする、制御方法。
2. 前記デバイスが水平位置にあると検出されたときに前記デバイスの起動中に最小速度で前記ファンをオンするステップを含む、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記デバイスの内部温度を測定するステップを含み、前記デバイスの位置がいずれであっても、前記ファンは、所定の温度からオンされる、請求項１又は２に記載の制御方法。
4. 前記ファンがオンしていること及び前記デバイスが鉛直位置にあると検出されたことを示す光及び／又は音の信号を送るステップを含む、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の制御方法。
5. 前記判断ステップは、デバイス重量の一部がスイッチ上に負荷されるときに変化する該スイッチの状態を測定することを含む、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の制御方法。
6. 電子回路及び内部冷却用のファンが組み込まれ、水平若しくは鉛直位置を取ることができるデバイスであって、
   当該デバイスの位置を判断する検出器と、当該デバイスが鉛直位置にあると検出されたときに当該デバイスの起動中に前記ファンの始動を禁止する制御手段とを含む、デバイス。
7. 前記制御手段は、当該デバイスが水平位置にあると検出されたときに当該デバイスの起動中に最小速度で前記ファンをオンする、請求項６に記載のデバイス。
8. 当該デバイスの内部温度を測定する手段を備え、前記ファンは、当該デバイスの位置がいずれであっても、所定の温度に到達したときにオンされる、請求項６又は７に記載のデバイス。
9. 前記ファンがオンしており且つ前記デバイスが鉛直位置にあるときにユーザにより知覚されることができる信号を送る手段を含む、請求項６〜８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
10. 前記検出器は、デバイス重量の一部が負荷されるときに状態が変化するスイッチである、請求項６〜９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
11. 前記ファンは、鉛直位置にある当該デバイスの底部の側方に配置され、当該デバイス内に外気を吹き入れる、請求項６〜１０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
12. 大部分の熱を放散する回路は、当該デバイスが鉛直位置にあるときに前記ファンの下側の空気口の隣に位置する、請求項６〜１１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。

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