JP2012074529A - 電子機器、デバイス放熱システム及びそれらに用いるデバイス放熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファンレス装置等の筺体への放熱において、筺体へ効率的にバランス良く放熱を実施し、発熱による性能低下を最小限に抑えることが可能な電子機器を提供する。
【解決手段】 電子機器（ファンレス装置１）は、複数の発熱デバイス（ＣＰＵ１１、ＧＰＵ１２、ＤＳＰ１３）における発熱をファンレスにて放熱する。また、電子機器（ファンレス装置１）は、複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知手段（温度制御ＩＣ１６、電力制御ＩＣ１８）と、検知手段による検知結果に基づいて複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う手段（ヒートパイプ１４、可動スイッチ１５、温度制御ＩＣ１６）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子機器、デバイス放熱システム及びそれらに用いるデバイス放熱方法に関し、特に電子機器等に用いられるデバイスの放熱を行う放熱システムに関する。

本発明に関連するデバイス放熱システムにおいては、ＣＰＵ（中央処理装置）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の発熱デバイスの冷却に関して、デバイス個々にて放熱を行っている。

下記の特許文献１に記載の電子機器では、筐体表面に形成されたパームレスト近傍に吸気口を形成し、吸気口から取り込んだ外気をパームレスト直下の筐体内部を通して、筐体内部の発熱部品及びパームレストから離間した筐体壁面に形成した排気口に導くための冷却手段を備えている。これによって、特許文献１に記載の電子機器では、パームレスト等の人体が接触する部分の温度上昇を抑制可能としている。

また、特許文献２に記載の電子機器では、ＣＰＵ上に熱拡散板及び熱伝導ゴムを介して放熱板を密着固定し、この放熱板を下ケースに取り付け、かつ放熱板上にヒートシンクを取り付けている。これによって、特許文献２に記載の電子機器では、筐体の温度上昇による人体の損傷を防止している。

さらに、特許文献３に記載のコンピュータシステムでは、ＣＰＵの熱を第１のヒートパイプを経由して第１のヒートシンクに運び、ビデオチップの熱を第２のヒートパイプを経由して第２のヒートシンクに運び、放熱ファンが動作すると、吸気口から外気を吸気し、ヒートシンクを経由して排気口から筐体内の空気を排気してＣＰＵとビデオチップから放熱する。

その際、特許文献３に記載のコンピュータシステムでは、放熱ファンがヒートシンクに供給する空気量の割合を回転ドアで調整することで、効率のよい放熱システムが実現される。

さらにまた、特許文献４に記載の電子機器では、発熱体及びその発熱体において生じた熱を回収する受熱部から断熱部材により断熱された断熱空間内に放熱部を設け、発熱体で生じた熱を、受熱部及び伝熱手段を介して放熱部に伝搬し、断熱空間内でファンを用いて集中的に放熱している。これによって、特許文献４に記載の電子機器では、発熱体から回収された熱を放熱するための放熱部が高温によることに起因する筐体への諸影響を抑制することができる。

特開２００３−１３１７５９号公報 特開２００４−３６３５２５号公報 特開２００９−１６３５８９号公報 特開２００８−２４３２０１号公報

上述した本発明に関連するデバイス放熱システムでは、ファンレス装置において、デバイス個々にて放熱を行っており、複数の発熱デバイスの総合的な放熱制御が行われていないため、筺体の局部的な温度上昇が発生し、低温ヤケド等の人体への影響が発生している。

また、本発明に関連するデバイス放熱システムでは、ファンレス装置において、表面温度上昇を抑制するために、システム性能を制限しなければならず、効率のよいシステム性能を利用することができない。

上記の特許文献１〜４に記載の方法でも、デバイス個々にて放熱を行ったり、ファンを用いて放熱を行っているため、これらの問題を解決することができない。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ファンレス装置等の筺体への放熱において、筺体へ効率的にバランス良く放熱を実施し、発熱による性能低下を最小限に抑えることができる電子機器、デバイス放熱システム及びそれらに用いるデバイス放熱方法を提供することにある。

本発明による電子機器は、複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器であって、
前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う手段とを備えている。

本発明によるデバイス放熱システムは、上記の電子機器を含むことを特徴とする。

本発明によるデバイス放熱方法は、複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器に用いるデバイス放熱方法であって、
前記電子機器が、前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知処理と、前記検知処理による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う処理とを実行している。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、ファンレス装置等の筺体への放熱において、筺体へ効率的にバランス良く放熱を実施し、発熱による性能低下を最小限に抑えることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態によるデバイス放熱システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態によるファンレス装置における内部構造を示す図である。 図１及び図２に示す可動スイッチの動作状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるヒートパイプの放熱経路を可変した動作遷移を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるヒートパイプの放熱経路を可変した動作遷移を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるヒートパイプの放熱経路を可変した動作遷移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による可動スイッチの動作状態を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるデバイス放熱システムの概略について説明する。本発明によるデバイス放熱システムでは、上述した問題を解決するために、ファンレス装置（電子機器）において、システムレベルでの発熱状況を検知し、放熱制御を総合的に行い、効率的なシステム性能を利用することを可能にしている。

本発明によるデバイス放熱システムは、ＣＰＵ（中央処理装置）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の複数の発熱デバイスのファンレス放熱において、各発熱デバイスの発熱量を随時監視し、その状態によって、ヒートパイプの放熱経路を可変して、筺体への放熱をより効率的に行うことにより、筺体の表面温度上昇を抑え、効率的なシステム性能を発揮することを特徴としている。

上述した特許文献１〜４等に記載の放熱システムでは、ファンレス構造において吸気及び排気やフィン形状等の構造的な対処のみであり、また、筺体の表面温度上昇の問題により、デバイスの発熱を抑えるために性能抑制等が行われている。

本発明によるデバイス放熱システムは、ファンレス筺体への放熱構造を可動式にすることにより、放熱効率を高めて筺体への放熱を効率的に行い、デバイスの性能抑制をせずに効率的なシステム性能を発揮するものである。

また、ＣＰＵ等の複数の発熱デバイスの放熱に関して、上述した特許文献１〜４等に記載の放熱システムでは、それぞれの発熱デバイスの温度検知によりファン回転数や筺体への空気吸入量の可変等の放熱制御である。

本発明によるデバイス放熱システムは、複数の発熱デバイスの発熱量をシステム的に検知して、筺体への放熱を可動させて最適に行うものである。

図１は本発明の第１の実施の形態によるデバイス放熱システムの構成例を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施の形態によるデバイス放熱システムは、ファンレス装置１（電子機器）内に、発熱デバイスであるＣＰＵ１１、ＧＰＵ１２、ＤＳＰ１３と、ヒートパイプ１４と、各発熱デバイスの発熱量を監視してヒートパイプ１４の放熱経路を可変する可動スイッチ１５と、可動スイッチ１５を制御する温度制御ＩＣ（集積回路）１６と、各発熱デバイスに付随するメモリ１７と、各発熱デバイス及びメモリ１７の供給電源を制御して各発熱デバイスの消費電力を随時監視する電源制御ＩＣ１８とを配置して構成されている。

図２は本発明の第１の実施の形態によるファンレス装置１における内部構造を示す図である。図２（ａ）はファンレス装置１における内部構造の上面図であり、図２（ｂ）はファンレス装置１における内部構造の側面図である。

図２において、ファンレス装置１は、発熱デバイスであるＣＰＵ１１、ＧＰＵ１２、ＤＳＰ１３を実装している基板１９と、それら発熱デバイスを放熱するためのヒートパイプ１４と、発熱を筺体面２０に放熱する可動スイッチ１５ａ〜１５ｅとから構成されている。

図３は図１及び図２に示す可動スイッチの動作状態を示す図である。図３では、可動スイッチ１５の動作状態を示しているが、図２に示す可動スイッチ１５ａ〜１５ｅも同様の動作を行う。

図３においては、各発熱デバイスの温度状況により、可動スイッチ５と筺体面２０との接触面積を可変した場合の動作状態を示している。可動スイッチ５と筺体面２０との接触面積は、接触無から小、中、大と発熱デバイスの温度状況により温度制御ＩＣ１６によって制御される。

図３（ａ）は可動スイッチ１５が筺体面２０と接触していない状態を示し、図３（ｂ）は可動スイッチ１５と筺体面２０との接触が小の状態（可動スイッチ１５の小の接触面１５１と筺体面２０とが接触した状態）を示している。

図３（ｃ）は可動スイッチ１５と筺体面２０との接触が中の状態（可動スイッチ１５の小の接触面１５１及び中の接触面１５２と筺体面２０とが接触した状態）を示し、図３（ｄ）は可動スイッチ５と筺体面２０との接触が大の状態（可動スイッチ１５の小の接触面１５１、中の接触面１５２、大の接触面１５３と筺体面２０とが接触した状態）を示している。

図４〜図６は本発明の第１の実施の形態におけるヒートパイプ１４の放熱経路を可変した動作遷移を示す図である。図４〜図６においては、各発熱デバイスの温度情報を基に、ヒートパイプ１４と筺体面２０とを接触させる可動スイッチ１５の動作遷移例を示している。

図４においては、温度状態が「ＣＰＵ発熱大＞ＧＰＵ発熱中＞ＤＳＰ発熱小」の場合の動作遷移を示し、図５においては、温度状態が「ＧＰＵ発熱大＞ＤＳＰ発熱中＞ＣＰＵ発熱小」の場合の動作遷移を示し、図６においては、温度状態が「ＤＳＰ発熱大＞ＧＰＵ発熱中＞ＣＰＵ発熱小」の場合の動作状態を示している。

上記の図１〜図３を参照して本発明の第１の実施の形態によるデバイス放熱システムの動作について説明する。

基板１９に実装された温度制御ＩＣ１６は、ＣＰＵ１１、ＧＰＵ１２、ＤＳＰ１３等の各発熱デバイスのチップ内部温度を検知する。また、電源制御ＩＣ８は、各発熱デバイス及びそれに付随するメモリ１７の消費電力を検知し、基板１９の各発熱デバイスの発熱状況を随時確認する。

温度制御ＩＣ１６は、それらの情報を基に、ヒートハイプ１４を介して筺体面２０に放熱させるための可動スイッチ１５ａ〜１５ｅを、図３に示すように、筐体面２０との接触面積を可変制御することにより、筺体の局部的な温度上昇を抑えて、効率の良い放熱を実現する。

つまり、温度制御ＩＣ１６は、各発熱デバイスのチップ内部温度及び各発熱デバイスの発熱状況の少なくとも一方を、予め設定した複数の閾値（図３〜図６に示す例では、小の閾値、中の閾値、大の閾値）と比較し、その結果に基づいて可動スイッチ１５ａ〜１５ｅと筐体面２０との接触面積を可変制御する。

図４〜図６では、各発熱デバイスの温度状態による各可動スイッチ１５ａ〜１５ｅの動作状態を示します。

図４においては、発熱デバイスの温度状態が「ＣＰＵ＞ＧＰＵ＞ＤＳＰ」の場合を図示しており、発熱量が最大のＣＰＵ１１の近くの可動スイッチ１５ａ，１５ｃと筐体面２０との接触面積を小さくして、筺体の局部的な温度上昇を防いでいる。

発熱量が中、小の発熱デバイス周辺（ＧＰＵ１２、ＤＳＰ１３の周辺）は、発熱量が少ない分、逆に可動スイッチ１５ｄ，１５ｅと筐体面２０との接触面積を中、大とすることで、最遠端の発熱量が大きい発熱デバイスの放熱も合わせて実施している。

図５では、発熱デバイスの温度状態が「ＧＰＵ＞ＤＳＰ＞ＣＰＵ」の場合を図示しており、発熱量が最大のＧＰＵ１２の近くの可動スイッチ１５ｃ，１５ｄと筐体面２０との接触面積を小さくして、同様に筺体の局部的な温度上昇を防いでいる。

図６では、発熱デバイスの温度状態が「ＤＳＰ＞ＧＰＵ＞ＣＰＵ」の場合を図示しており、発熱量が最大のＤＳＰ１３の近くの可動スイッチ１５ｃ，１５ｅと筐体面２０との接触面積を小さくして、上記と同様に対応する。

このように、本実施の形態では、複数の発熱デバイスの発熱状況を総合的に検知することにより、システム全体での放熱をバランスよく行うことが可能となる。

これによって、本実施の形態では、ファンレス装置等の筺体への放熱に関して、複数の発熱デバイス使用時に、筺体へ効率的にバランス良く放熱を実施し、発熱による性能低下を最小限に抑えることが可能になる。

また、本実施の形態では、筺体の局部的な温度上昇を抑えることが可能になり、低温ヤケド等の人体への影響を未然に防ぐことが可能になる。

図７は本発明の第２の実施の形態による可動スイッチの動作状態を示す図である。図７において、本実施の形態では、可動スイッチ２１の接触面について、金属の種類を変更可能とし、接触面の熱伝導率を変化させることにより、より効率的な放熱を実施する。

温度制御ＩＣ１６の各可動スイッチの放熱条件によって、発熱極小の場合は可動スイッチ２１と筺体面２０とを接触させず［図７（ａ）参照］、発熱小の場合はもっとも熱伝導率の小さい金属の接触面２１１を接触させ［図７（ｂ）参照］、発熱中の場合は熱伝導率が中の金属の接触面２１２を接触させ［図７（ｃ）参照］、発熱大の場合はもっとも熱伝導率の大きい金属の接触面２１３を接触させることにより［図７（ｄ）参照］、放熱効率をより綿密に可変することが可能となる。

上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下の記載に限定されない。

［付記１］
複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器に用いるデバイス放熱方法であって、
前記電子機器が、前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知処理と、前記検知処理による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う処理とを実行し、
前記検知処理において、前記複数の発熱デバイスの温度を検知して前記システムレベルでの発熱状況を検知することを特徴とするデバイス放熱方法。

［付記２］
前記検知処理において、前記複数の発熱デバイスの消費電力を検知して前記システムレベルでの発熱状況を検知することを特徴とする付記１に記載デバイス放熱方法。

［付記３］
複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器に用いるデバイス放熱方法であって、
前記電子機器が、前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知処理と、前記検知処理による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う処理とを実行し、
前記検知処理において、前記複数の発熱デバイスの消費電力を検知して前記システムレベルでの発熱状況を検知することを特徴とするデバイス放熱方法。

［付記４］
前記電子機器に、ヒートパイプと、前記ヒートパイプに接続しかつ筐体面との接触面積を可変可能な複数の可動スイッチとを設け、
前記放熱制御を総合的に行う処理において、前記可動スイッチの前記筐体面との接触面積を可変することで前記ヒートパイプの放熱経路を総合的に可変して前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を行うことを特徴とする付記１から付記３のいずれかに記載のデバイス放熱方法。

［付記５］
前記電子機器に、ヒートパイプと、前記ヒートパイプに接続しかつ筐体面との接触面の熱伝導率を可変可能な複数の可動スイッチとを設け、
前記放熱制御を総合的に行う処理において、前記可動スイッチの前記筐体面とのとの接触面の熱伝導率を可変することで前記ヒートパイプの放熱経路を総合的に可変して前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を行うことを特徴とする付記１から付記３のいずれかに記載のデバイス放熱方法。

［付記６］
前記複数の可動スイッチを、前記複数の発熱デバイス各々の近傍に配置しかつ前記ヒートパイプに接続することを特徴とする付記４または付記５に記載のデバイス放熱方法。

１ ファンレス装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＧＰＵ
１３ ＤＳＰ
１４ ヒートパイプ
１５，１５ａ〜１５ｅ，２１ 可動スイッチ
１６ 温度制御ＩＣ
１７ メモリ
１８ 電源制御ＩＣ
１９ 基板
２０ 筺体面
１５１ 小の接触面
１５２ 中の接触面
１５３ 大の接触面
２１１ 熱伝導率の小さい金属の接触面
２１２ 熱伝導率が中の金属の接触面
２１３ 熱伝導率の大きい金属の接触面

Claims (8)

1. 複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器であって、
   前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う手段とを有することを特徴とする電子機器。
2. 前記検知手段は、前記複数の発熱デバイスの温度を検知して前記システムレベルでの発熱状況を検知することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記検知手段は、前記複数の発熱デバイスの消費電力を検知して前記システムレベルでの発熱状況を検知することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子機器。
4. 前記放熱制御を総合的に行う手段は、ヒートパイプと、前記ヒートパイプに接続しかつ筐体面との接触面積を可変可能な複数の可動スイッチとを含み、
   前記可動スイッチの前記筐体面との接触面積を可変することで前記ヒートパイプの放熱経路を総合的に可変して前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の電子機器。
5. 前記放熱制御を総合的に行う手段は、ヒートパイプと、前記ヒートパイプに接続しかつ筐体面との接触面の熱伝導率を可変可能な複数の可動スイッチとを含み、
   前記可動スイッチの前記筐体面とのとの接触面の熱伝導率を可変することで前記ヒートパイプの放熱経路を総合的に可変して前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の電子機器。
6. 前記複数の可動スイッチは、前記複数の発熱デバイス各々の近傍に配置されかつ前記ヒートパイプに接続されることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電子機器。
7. 上記の請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子機器を含むことを特徴とするデバイス放熱システム。
8. 複数の発熱デバイスにおける発熱をファンレスにて放熱する電子機器に用いるデバイス放熱方法であって、
   前記電子機器が、前記複数の発熱デバイスにおけるシステムレベルでの発熱状況を検知する検知処理と、前記検知処理による検知結果に基づいて前記複数の発熱デバイスに対する放熱制御を総合的に行う処理とを実行することを特徴とするデバイス放熱方法。

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