JP2011066366A - 電気機器及び冷却ファン回転数制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却用の消費電力を低減できる電気機器及び冷却ファン回転数制御方法を提供する。
【解決手段】冷却ファン２と冷却ファン２の回転数を制御する制御ＩＣ３とを有する複数の冷却ファンユニット４を着脱可能に装着するための冷却ファンユニット装着部５と、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に対応させて冷却ファン２の回転数を記憶するメモリ６と、冷却ファンユニット装着部５に装着された冷却ファンユニット４のうち正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数を検出し、検出された正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に基づいてメモリ６から回転数を読み出して各冷却ファンユニット４に回転数を指示する制御部７（１９）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却用の消費電力を低減できる電気機器及び冷却ファン回転数制御方法に関する。

発熱部を有する電気機器においては、発熱部を冷却するために、発熱部によって熱せられた空気を筐体外へ排出する冷却ファンを備える。冷却ファンは、一般に回転数により風量が異なり、回転数が高い方が風量が多く、したがって冷却効果が大きい。冷却ファンの回転数は、発熱部を冷却できる風量が得られる回転数に設定されるのが好ましい。

特許文献１によれば、冷却ファンの回転数を、温度センサにより検出した発熱部の温度とマイクにより検出した冷却ファン近傍の騒音、電気機器の周囲の騒音とに応じて制御する。

特開２００９−５９８９８号公報

ところで、複数の冷却ファンユニットを着脱することが可能に構成された電気機器を想定する。冷却ファンユニットとは、冷却ファンと冷却ファンの回転数を制御する制御ＩＣとを有するものである。このような電気機器では、冷却ファンユニットが故障したとき、冷却ファンユニットを容易に交換することができる。

複数の冷却ファンユニットを着脱可能に構成された電気機器において、装着されている冷却ファンユニットの故障に備えて、個々の冷却ファンの風量にマージンを持たせるものとする。この場合、全ての冷却ファンユニットにおいて、冷却ファンの回転数は、必要な回転数にマージンを上乗せした回転数に設定される。このため、冷却ファンユニットに故障がない通常時は、全ての冷却ファンユニットによる総風量が必要な総風量を過度に上回る状態で電気機器が運転される。この結果、電気機器の消費電力が高くなるという課題が生じる。

従来技術は、複数の冷却ファンユニットを着脱可能に構成された電気機器には対応していないため、前記の課題を解決することはできない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、冷却用の消費電力を低減できる電気機器及び冷却ファン回転数制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の電気機器は、冷却ファンと該冷却ファンの回転数を制御する制御ＩＣとを有する複数の冷却ファンユニットを着脱可能に装着するための冷却ファンユニット装着部と、正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に対応させて冷却ファンの回転数を記憶するメモリと、前記冷却ファンユニット装着部に装着された前記冷却ファンユニットのうち正常に稼働する冷却ファンユニットの個数を検出し、前記検出された正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に基づいて前記メモリから回転数を読み出して各冷却ファンユニットの前記制御ＩＣに回転数を指示する制御部とを備えたものである。

前記メモリは、正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に関わらず総風量が所定の範囲内となるように個数ごとに回転数を記憶してもよい。

また、冷却ファン回転数制御方法は、冷却ファンと該冷却ファンの回転数を制御する制御ＩＣとを有する複数の冷却ファンユニットを着脱可能に電気機器を構成し、正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に対応させて冷却ファンの回転数を前記電気機器に記憶させておき、前記電気機器において前記冷却ファンユニット装着部に装着された前記冷却ファンユニットのうち正常に稼働する冷却ファンユニットの個数を検出し、前記電気機器において前記検出された正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に基づいて前記記憶されている回転数を読み出して各冷却ファンユニットの前記制御ＩＣに回転数を指示するものである。

正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に関わらず総風量が所定の範囲内となるように個数ごとの回転数を前記電気機器に記憶させておいてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）冷却用の消費電力を低減できる。

本発明の一実施形態を示す電気機器のブロック構成図である。 本発明に用いる回転数テーブルの図である。 本発明の制御部における冷却ファン回転数制御アルゴリズムを表すフローチャートである。 本発明の制御部における冷却ファン回転数制御アルゴリズムを表すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る電気機器１は、冷却ファン２と冷却ファン２の回転数を制御する制御ＩＣ３とを有する複数の冷却ファンユニット４を着脱可能に装着するための冷却ファンユニット装着部５と、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に対応させて冷却ファン２の回転数を記憶するメモリ６と、冷却ファンユニット装着部５に装着された冷却ファンユニット４のうち正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数を検出し、検出された正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に基づいてメモリ６から回転数を読み出して各冷却ファンユニット４に回転数を指示する制御部７とを備える。

ここで、電気機器１は、例えば、シャーシ型スイッチングハブである。電気機器１の筐体８内には、筐体８に固定されたバックボード９を有する。バックボード９には、着脱可能に構成された各種の着脱アセンブリが機械的に装着されるように図ると共に電気的に接続されるように図る複数のコネクタ１０、１１、１２が実装されている。バックボードに装着される着脱アセンブリとして、冷却ファンユニット４、管理カード１３、ラインカード１４、電源ユニット（図示せず）などがあり、各着脱アセンブリはバックボード９のコネクタ１０、１１、１２に適合するコネクタ１５、１６、１７を備えることによりバックボード９に対して着脱可能に構成される。バックボード９に装着された着脱アセンブリ同士は、バックボード９を介して相互に電気的に接続される。

具体的には、バックボード９には冷却ファンユニット４を装着するためのコネクタ１０が６個実装されている。これにより、冷却ファンユニット４は、１から６まで任意の個数、バックボード９に着脱可能である。つまり、バックボード９は、冷却ファンユニット装着部５を構成する部材である。また、バックボード９には管理カード１３を装着するためのコネクタ１１が１個実装されている。管理カード１３は、１枚のみバックボード９に着脱可能で、必ず１枚、バックボード９に装着される。また、バックボード９にはラインカード１４を装着するためのコネクタ１２が４個実装されている。これにより、ラインカード１４は、１から４まで任意の枚数、バックボード９に着脱可能である。この実施形態では、６個の冷却ファンユニット４と、１枚の管理カード１３と、４枚のラインカード１４がバックボード９に装着されている。

電気機器１は、図示右側を筐体８の表面とし図示左側を筐体８の裏面とする。管理カード１３とラインカード１４は、バックボード９の表面側に装着される。冷却ファンユニット４は、バックボード９の裏面側に装着される。電源ユニットは、バックボード９の表面側か裏面側いずれかに装着される。

次に、各着脱アセンブリについて詳しく説明する。

冷却ファンユニット４は、バックボード９のコネクタ１０に挿入できるコネクタ１５を有することにより、バックボード９に対して着脱可能である。冷却ファンユニット４のコネクタ１５をバックボード９のコネクタ１０に装着することにより、冷却ファンユニット４は、電源ユニットからの電力をバックボード９を介して供給されて動作する。

冷却ファンユニット４に搭載された冷却ファン２は、供給電圧に応じて回転数が変化し、回転数に応じて風量が変化する。一般に、冷却ファン２の風量は回転数に正比例する。

制御ＩＣ３は、制御部７からの回転数の指示をバックボード９を介して受け取り、受け取った回転数の指示に応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させることによって冷却ファン２の回転数を制御する。制御ＩＣ３は、当該冷却ファンユニット４が正常に稼働するとき、当該冷却ファンユニット４が正常に稼働することを示すパルス信号を出力し、このパルス信号がバックボード９を介して制御部７に伝達される。制御ＩＣ３は、当該冷却ファンユニット４が正常に稼働しないときはパルス信号を出力しない。

管理カード１３は、バックボード９のコネクタ１１に挿入できるコネクタ１６を有することにより、バックボード９に対して着脱可能である。管理カード１３のコネクタ１６をバックボード９のコネクタ１１に装着することにより、管理カード１３は、電源ユニットからの電力をバックボード９を介して供給されて動作する。管理カード１３には、ＣＰＵ１８とメモリ６が実装されている。本実施形態では、制御部７がＣＰＵ１８において実行されるプログラムにより実現されるものとする。

管理カード１３のＣＰＵ１８により実現される制御部７には、各冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３が出力するパルス信号がそれぞれバックボード９を介して個別に入力される。制御部７は、パルス信号が伝達された冷却ファンユニット４は正常に稼働し、パルス信号が伝達されない冷却ファンユニット４は正常に稼働しないと判定する。制御部７は、この判定に基づいて、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数を検出する。

メモリ６は、例えば、フラッシュメモリであるが、メモリ６の種類は限定されない。メモリ６は、ＣＰＵ１８から記憶内容の読み出し、書込みができるようＣＰＵ１８に電気的に接続されている。メモリ６は、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数で参照して冷却ファン２の回転数を決定するための回転数テーブルを有する。

図２に示されるように、回転数テーブル２１は、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数と冷却ファン２の回転数とを対応付けて格納したものである。回転数テーブル２１の内容は、冷却ファン２の風量が回転数に正比例することに基づき、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数と冷却ファン２の回転数との積が一定の目標値Ｘとなるように設定されている。目標値Ｘは、発熱部を冷却するのに必要な総風量が確保され、かつ、総風量が過度に大きくならないよう、すなわち総風量が所定の範囲内となるように決められる。

管理カード１３には、図１に示されたＣＰＵ１８、メモリ６以外にもＬＳＩ、ＩＣ、抵抗器、コンデンサなどのデバイスが実装される。ＣＰＵ１８、メモリ６を含むこれらのデバイスそれぞれが、電気機器１の発熱部のひとつとなり得る。

ラインカード１４は、バックボード９のコネクタ１２に挿入できるコネクタ１７を有することにより、バックボード９に対して着脱可能である。ラインカード１４のコネクタ１７をバックボード９のコネクタ１２に装着することにより、ラインカード１４は、電源ユニットからの電力をバックボード９を介して供給されて動作する。ラインカード１４には、図示しないＬＳＩ、ＩＣ、抵抗器、コンデンサなどのデバイスが実装される。これらのデバイスそれぞれが、電気機器１の発熱部のひとつとなり得る。

次に、制御部７における冷却ファン回転数制御アルゴリズムを説明する。

冷却ファン回転数制御アルゴリズムは、図３に示される。

ステップＳ３１；制御部７は、各冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３からのパルス信号を監視することにより、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数を検出する。

ステップＳ３２；制御部７は、検出された正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数によりメモリ６の回転数テーブルを参照して冷却ファン２の回転数を読み出す。

ステップＳ３３；制御部７は、読み出した回転数を全ての冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３に対して指示する。

ステップＳ３４；正常に稼働する冷却ファンユニット４において、制御ＩＣ３は、受け取った回転数の指示に応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させることによって冷却ファン２の回転数を制御する。

図１の電気機器１における冷却ファン回転数制御の動作を説明する。

いま、電気機器１に６個の冷却ファンユニット４が装着されており、これら６個の冷却ファンユニット４が正常に稼働する状態とする。各冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３がパルス信号を出力するので、管理カード１３のＣＰＵ１８により実現される制御部７では、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数として６を検出する。制御部７は、個数６により図２の回転数テーブル２１を参照して回転数１／６Ｘを読み出す。制御部７は、回転数１／６Ｘを全ての冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３に対して指示する。正常に稼働する６個の冷却ファンユニット４では、制御ＩＣ３は、受け取った回転数１／６Ｘに応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させることによって冷却ファン２の回転数を１／６Ｘに制御する。この結果、６個の冷却ファン２からそれぞれ回転数１／６Ｘに比例する風量が得られ、その６倍である総風量は、所定の範囲内となる。

次に、装着された６個の冷却ファンユニット４の内、５個の冷却ファンユニット４が正常に稼働する状態とする。正常に稼働する５個の冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３がパルス信号を出力し、正常に稼働しない冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３はパルス信号を出力しないので、制御部７では、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数として５を検出する。制御部７は、個数５により回転数テーブル２１を参照して回転数として１／５Ｘを読み出す。制御部７は、回転数１／５Ｘを全ての冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３に対して指示する。正常に稼働しない冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３は冷却ファン２を回転させず、５個の正常に稼働する冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３のみが受け取った回転数１／５Ｘに応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させることによって冷却ファン２の回転数を制御する。この結果、５個の冷却ファン２からそれぞれ１／５Ｘの回転数１／５Ｘに比例する風量が得られ、その５倍である総風量が所定の範囲内となる。

装着された６個の冷却ファンユニット４の内、４個以下の冷却ファンユニット４が正常に稼働する状態であっても、同様の手順を経て回転数が１／４Ｘ、１／３Ｘ、…となり、正常に稼働する冷却ファンユニット４の冷却ファン２による総風量は、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に関わらず所定の範囲内となる。

電気機器１に５個以下の冷却ファンユニット４が装着されている場合でも、制御部７が検出する正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に応じて冷却ファン２の回転数が指示されるので、正常に稼働する冷却ファンユニット４の冷却ファン２による総風量は、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に関わらず所定の範囲内となる。

このように、本発明の電気機器１では、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に応じて冷却ファン２の回転数が指示されるので、装着された冷却ファンユニット４の個数や正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に関係なく、総風量が所定の範囲内となり、電気機器１の消費電力が従来より低減される。

また、本発明の電気機器１では、装着された冷却ファンユニット４の個数ではなく、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に応じて冷却ファン２の回転数が指示されるので、装着されている冷却ファンユニット４のいずれかに故障が生じた場合でも、総風量が不足することがなく、電気機器１を運転し続けることができる。

前記実施形態では、電気機器１は、６個の冷却ファンユニット４を着脱可能とし、実際に６個の冷却ファンユニット４が装着されるものとしたが、これに限らず着脱可能な冷却ファンユニット４の個数は、５個以下でも７個以上でもよく、また、実際に装着される冷却ファンユニット４の個数は、着脱可能な冷却ファンユニット４の個数より少なくてもよい。任意の複数の冷却ファンユニット４が着脱可能に構成され電気機器１において、実際に装着される冷却ファンユニット４の個数に関係なく本発明を適用することができる。

前記実施形態では、電気機器１は、シャーシ型スイッチングハブであるとしたが、これに限らず電気機器１は、ボックス型スイッチングハブ、ルータ、サーバなどの電気機器１であればよく、１つ以上の発熱部を有するものであって、複数の冷却ファンユニット４が着脱可能に構成された全ての電気機器１に本発明を適用することができる。

前記実施形態では、電気機器１は、４個のラインカード１４を着脱可能とし、実際に４個のラインカード１４が装着されるものとしたが、これに限らず着脱可能なラインカード１４の枚数は、３枚以下でも５枚以上でもよく、実際に装着されるラインカード１４の枚数は、着脱可能なラインカード１４の枚数より少なくてもよい。ラインカード１４は発熱部を有するので、実際に装着されるラインカード１４の枚数が３個以下の場合、発熱部を冷却するのに必要な総風量が前記実施形態より少なくてよい。よって、回転数テーブル２１に設定する総風量が所定の範囲内となるように決められる目標値Ｘは、前記実施形態より小さくするのが好ましい。実際に装着されるラインカード１４の枚数が５個以上の場合、目標値Ｘは、前記実施形態より大きくするのが好ましい。あるいは、回転数テーブル２１の回転数欄をラインカード１４の枚数ごとに設けておき、回転数テーブル２１を参照するときにラインカード１４の枚数に応じた回転数欄を読み出すようにしてもよい。

前記実施形態では、冷却ファン２は、供給電圧に応じて回転数が変化するものとし、制御ＩＣ３は、回転数の指示に応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させるものとしたが、冷却ファン２が電流や周波数に応じて回転数が変化する場合でも制御ＩＣ３が電流や周波数を変化させることで本発明を適用することができる。

前記実施形態では、管理カード１３とラインカード１４をバックボード９の表面側に装着し、冷却ファンユニット４をバックボード９の裏面側に装着するものとしたが、これらの着脱アセンブリをバックボード９のどの面に装着したものであっても本発明を適用することができる。

前記実施形態では、回転数テーブル２１において、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数と冷却ファン２の回転数との積が一定の目標値Ｘとなるように各欄の回転数を設定したが、これに限らず、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に対して実験や経験から求めた任意の値を各欄の回転数に設定しても、本発明の目的である冷却用の消費電力の低減に寄与できる。
前記実施形態では、制御部７が管理カード１３のＣＰＵ１８において実行されるプログラムにより実現されるものとしたが、これとは異なり、各冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３に本発明の制御部１９が設置されてもよい。

次に、制御ＩＣ３に制御部１９が設置された実施形態における冷却ファン回転数制御アルゴリズムを説明する。なお、この実施形態では、制御ＩＣ３に設置された制御部１９は、管理カード１３のＣＰＵ１８を介するか又は介さずにメモリ６の読み出し、書込みが可能に構成される。制御部１９がメモリ６に書き込む情報は、当該制御部１９が判断した当該冷却ファンユニット４についての正常に稼働するかどうかを表す情報である。制御部１９がメモリ６から読み出す情報は、当該冷却ファンユニット４及び他の冷却ファンユニット４についての正常に稼働するかどうかを表す情報と、回転数テーブル２１に設定されている回転数である。

冷却ファン回転数制御アルゴリズムは、図４に示される。

ステップＳ４１；各冷却ファンユニット４の制御部３は、それぞれ当該冷却ファンユニット４が正常に稼働するかどうかを判断する。

ステップＳ４２；各冷却ファンユニット４の制御部３は、当該冷却ファンユニット４が正常に稼働するかどうかを表す情報を管理カード１３のメモリ６に格納する。

ステップＳ４３；正常に稼働する冷却ファンユニット４の制御部１９は、管理カード１３のメモリ６を参照することにより、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数を認識し、認識された正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数によりメモリ６の回転数テーブル２１を参照して冷却ファン２の回転数を読み出す。

ステップＳ４４；正常に稼働する冷却ファンユニット４の制御ＩＣ３は、制御部１９が読み出した回転数に応じて冷却ファン２への供給電圧を変化させることによって冷却ファン２の回転数を制御する。

この実施形態においても、正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に基づいて回転数テーブル２１から読み出された回転数で冷却ファン２が制御される。よって、前記実施形態と同様に、装着された冷却ファンユニット４の個数や正常に稼働する冷却ファンユニット４の個数に関係なく、総風量が所定の範囲内となり、電気機器１の消費電力が従来より低減される。

１ 電気機器
２ 冷却ファン
３ 制御ＩＣ
４ 冷却ファンユニット
５ 冷却ファンユニット装着部
６ メモリ
７，１９ 制御部
８ 筐体
９ バックボード
１０，１１，１２ バックボードのコネクタ
１３ 管理カード
１４ ラインカード
１５ 冷却ファンユニットのコネクタ
１６ 管理カードのコネクタ
１７ ラインカードのコネクタ
１８ ＣＰＵ
２１ 回転数テーブル

Claims (4)

1. 冷却ファンと該冷却ファンの回転数を制御する制御ＩＣとを有する複数の冷却ファンユニットを着脱可能に装着するための冷却ファンユニット装着部と、
   正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に対応させて冷却ファンの回転数を記憶するメモリと、
   前記冷却ファンユニット装着部に装着された前記冷却ファンユニットのうち正常に稼働する冷却ファンユニットの個数を検出し、前記検出された正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に基づいて前記メモリから回転数を読み出して各冷却ファンユニットの前記制御ＩＣに回転数を指示する制御部とを備えたことを特徴とする電気機器。
2. 前記メモリは、正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に関わらず総風量が所定の範囲内となるように個数ごとに回転数を記憶することを特徴とする請求項１記載の電気機器。
3. 冷却ファンと該冷却ファンの回転数を制御する制御ＩＣとを有する複数の冷却ファンユニットを着脱可能に電気機器を構成し、
   正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に対応させて冷却ファンの回転数を前記電気機器に記憶させておき、
   前記電気機器において前記冷却ファンユニット装着部に装着された前記冷却ファンユニットのうち正常に稼働する冷却ファンユニットの個数を検出し、
   前記電気機器において前記検出された正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に基づいて前記記憶されている回転数を読み出して各冷却ファンユニットの前記制御ＩＣに回転数を指示することを特徴とする冷却ファン回転数制御方法。
4. 正常に稼働する冷却ファンユニットの個数に関わらず総風量が所定の範囲内となるように個数ごとの回転数を前記電気機器に記憶させておくことを特徴とする請求項３記載の冷却ファン回転数制御方法。

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