JP2020043290A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体に収納された発熱部品を冷却する際の二重反転式ファンの騒音を低減することができる電子機器を提供すること。【解決手段】電子機器１００は、筐体１１０と、筐体１１０に設けられた吸気口１１３から吐出口１１５に至る空気流路と、空気流路の途中に配置された二重反転式ファン１３０と、空気流路内に配置された発熱部品１２２、１２４とを備えている。吸気口１１３側に配置されてヒートシンク１２２Ａを有する発熱部品１２２と、吐出口１１５側に配置されてヒートシンク１２４Ａを有する発熱部品１２４とが、二重反転式ファン１３０を挟んだ対称位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内蔵された発熱部品を冷却風で強制的に冷却する電子機器に関する。

車載のヘッドユニット等の電子機器には、パワーアンプやＳｏＣ（System on Chip）等の発熱部品が搭載されている。従来から、このような発熱部品の冷却を効率よく行うために、冷却ファンを用いて強制空冷を行う手法が知られている。

特に、最近では、電子機器の実装密度が高くなっており、筐体に収納された発熱部品を効率よく冷却するために、高風量、高静圧の冷却ファンが必要になる。このような冷却ファンとしては、二組の動翼を互いに反対方向に回転させることで高風量、高静圧を実現させた二重反転式ファンが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平３−１５６１９３号公報 特開２０１１−１４４８０４号公報

ところで、上述した特許文献１、２に開示された二重反転式ファンは、ファン単体としての低騒音化が実現されているが、電子機器の筐体に取り付けることを想定すると、吸気側と吐出側とで通風抵抗の違いがあるため、二重のファンのそれぞれの動翼の回転数の比が単体時と大きく変わってしまい、二重反転式ファン単体時に得られていた騒音低減効果が失われてしまうという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、筐体に収納された発熱部品を冷却する際の二重反転式ファンの騒音を低減することができる電子機器を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の電子機器は、筐体と、筐体に設けられた吸気口から吐出口に至る空気流路と、空気流路の途中に配置された二重反転式ファンと、空気流路内に配置された発熱部品とを備えている。

筐体内に形成された空気流路の中間位置に二重反転式ファンが配置されているため、二重反転式ファンの吸気側と吐出側との間で通風抵抗の差が少なくなり、通風抵抗の差が大きいときに発生する騒音低減効果喪失の程度を抑制することができ、筐体に収納された発熱部品を冷却する際の二重反転式ファンの騒音を低減することが可能となる。

また、上述した空気流路は、二重反転式ファンを挟んだ吸気口側と吐出口側のそれぞれの通風抵抗の差を所定値以下にすることが望ましい。特に、上述した吸気口側と吐出口側の空気流路の断面積を調整することにより、通風抵抗の差を所定値以下にすることが望ましい。また、上述した断面積は、空気流路内の空間の面積であることが望ましい。また、上述した吸気口と吐出口のそれぞれの面積を同じにすることが望ましい。これにより、二重反転式ファンを挟んだ両側の通風抵抗を同じあるいはほぼ同じにすることができ、二重反転式ファンの騒音を確実に低減することが可能となる。

また、本発明の電子機器は、筐体と、筐体に設けられた吸気口から吐出口に至る空気流路と、空気流路の途中に配置された二重反転式ファンと、空気流路内に配置された第１の発熱部品と、第１の発熱部品上に配置され放熱用突起部を有する第１のヒートシンクと、空気流路内に配置された第２の発熱部品と、第２の発熱部品上に配置され放熱用突起部を有する第２のヒートシンクとを備え、空気流路内において、二重反転式ファンの吸気口側に第１の発熱部品および第１のヒートシンクを配置するとともに、二重反転式ファンの吐出口側に第２の発熱部品および第２のヒートシンクを配置している。

筐体内に形成された空気流路の中間位置に二重反転式ファンが配置されているため、二重反転式ファンの吸気側と吐出側との間で通風抵抗の差が少なくなり、通風抵抗の差が大きいときに発生する騒音低減効果喪失の程度を抑制することができ、筐体に収納された発熱部品を冷却する際の二重反転式ファンの騒音を低減することが可能となる。また、二重反転式ファインを挟んで第１の発熱部品および第１のヒートシンクと第２の発熱部品および第２のヒートシンクとを分散して配置することにより、筐体内に収容された複数の発熱部品を効率よく冷却することが可能となる。

一実施形態の電子機器の概要を示す上面図である。 吸気口と吐出口の一例を示す図である。 ヒートシンクの具体例を示す図である。 空気流路における通風抵抗の説明図である。 空気流路の断面の説明図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の電子機器について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の電子機器の概要を示す上面図であり、筐体の上面（上蓋）が省略された状態が示されている。この電子機器は、例えば、車両に搭載されたヘッドユニットを想定しているが、屋内外で使用されるものであってもよい。

図１に示すように、本実施形態の電子機器１００は、筐体１１０と、発熱部品１２２、１２４が搭載された基板１２０と、二重反転式ファン１３０とを含んで構成されている。この電子機器１００では、筐体１１０内に形成された空気流路の途中に二重反転式ファン１３０が配置されており、この二重反転式ファン１３０を挟んだ両側に発熱部品１２２、１２４のそれぞれが配置されている。

筐体１１０は、例えば直方体形状を有しており、互いに対向する一方の側面１１２に外部から内部に冷却風を取り込むための吸気口１１３が形成され、他方の側面１１４に内部から外部に冷却風を排出するための吐出口１１５が形成されている。吸気口１１３と吐出口１１５の間に空気流路が形成されており、二重反転式ファン１３０を回転させたときに、この空気流路に沿って冷却風が流れる。

図２は、吸気口１１３と吐出口１１５の一例を示す図である。吸気口１１３は、図２（Ａ）に示すように、一方の側面１１２に形成された複数の円形の開口を有しており、各開口を通して冷却風が筐体１１０の内部に取り込まれる。同様に、吐出口１１５は、図２（Ｂ）に示すように、他方の側面１１４に形成された複数の円形の開口を有しており、各開口を通して冷却風が筐体１１０の外部に排出される。また、吸気口１１３を構成する複数の開口の面積は、吐出口１１５を構成する複数の開口の面積と同じであることが望ましい。なお、吸気口１１３と吐出口１１５を構成する各開口の形状は、必ずしも円形である必要はなく、一方あるいは両方を矩形等の他の形状としてもよい。また、各開口の数も同じである必要はない。

発熱部品１２２、１２４は、強制空冷が必要な発熱量が大きい電気部品であって、基板１２０に搭載されている。例えば、オーディオ音を電力増幅するためのパワーアンプや、各種演算や画像処理を行うＳｏＣなどがこれらに該当する。但し、これらは一例であって、発熱量が過大で強制空冷の対象となる電気部品であれば何でもよい。また、空気流路内には、これらの発熱部品１２２、１２４以外に、発熱量が過大ではなく必ずしも強制空冷の必要がない電気部品やその他の部品が配置されている。

一方の発熱部品１２２は、冷却風が当たる位置に露出している高熱伝導率の材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属材料）からなる放熱用突起部としてのヒートシンク１２２Ａを有している。図３は、ヒートシンク１２２Ａの具体例を示す図である。例えば、図３（Ａ）に示すような板状の放熱フィンを有するヒートシンク１２２Ａを用いる場合が考えられる。板状の放熱フィンの間を通り抜けるように冷却風が流れることで、効率よくヒートシンク１２２Ａを冷却することが可能となる。また、図３（Ｂ）に示すような棒状の放熱フィンを有するヒートシンク１２２Ａを用いるようにしてもよい。棒状の放熱フィンの間を通り抜けるように冷却風が流れることで、効率よくヒートシンク１２２Ａを冷却することが可能となる。

なお、ヒートシンク１２２Ａの形状は、図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示した形状を組み合わせたり、それ以外の形状を採用するようにしてもよい。また、図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示した例では、ヒートシンク１２２Ａの全体が発熱部品１２２と一体になって場合を示したが、ヒートシンク１２２Ａの一部である放熱フィンを筐体１１０の上蓋等に取り付け、筐体１００に基板１２０を組み込んだ際に、放熱フィンの先端がヒートシンク１２２Ａの残りの部分に当接してヒートシンク１２２Ａの全体形状が完成するようにしてもよい。

発熱部品１２２は、吸気口１１３と二重反転式ファン１３０の間の上流側の空気流路内に配置されており、吸気口１１３から二重反転式ファン１３０に向かって流れる冷却風（図１や図３ではこの冷却風が矢印Ａによって示されている）によって効率よく冷却できるようにヒートシンク１２２Ａの位置や向きが設定されている。例えば、図３（Ａ）に示すような板状の放熱フィンを有するヒートシンク１２２Ａの場合には、冷却風の流れる向きと板状の放熱フィンの面が平行になるように発熱部品１２２の取り付けがなされている。

同様に、他方の発熱部品１２４は、冷却風が当たる位置に露出している高熱伝導率の材料からなる放熱用突起部としてのヒートシンク１２４Ａを有している。上述した発熱部品１２２と同様に、板状の放熱フィンを有するヒートシンク１２４Ａや、棒状の放熱フィンを有するヒートシンク１２４Ａを用いる場合が考えられる。

発熱部品１２４は、二重反転式ファン１３０と吐出口１１５の間の下流側の空気流路内に配置されており、二重反転式ファン１３０から吐出口１１５に向かって流れる冷却風（図１や図３ではこの冷却風が矢印Ｂによって示されている）によって効率よく冷却できるようにヒートシンク１２４Ａの位置や向きが設定されている。

また、上述した一方の発熱部品１２２のヒートシンク１２２Ａと他方の発熱部品１２４のヒートシンク１２４Ａのそれぞれは、二重反転式ファン１３０を挟んだ対称位置に配置されている。

二重反転式ファン１３０は、それぞれのブレードの傾斜の向きを反対にするとともに、互いに反対方向に同時に回転させることにより、吸気口１１３側から導入される冷却風を吐出口１１５側に排出する。この二重反転式ファン１３０は、ブレードの傾斜の向きが互いに反対に設定された２種類のファン１３２、１３４を回転軸方向に重ねて配置したものであって、一方のファン１３２と他方のファン１３４を互いに反対方向に回転させることにより、上述した吸気口１１３と吐出口１１５の間に形成された空気流路に沿った冷却風の流れが生じる。例えば、一方のファン１３２を所定回転数で正転させると同時に他方のファン１３４を同じ回転数で逆転させることにより、それぞれのファン回転により発生する逆位相の振動を打ち消す場合が考えられる。

なお、二重反転式ファン１３０の具体的な構造は、従来から用いられている公知の構造をそのまま採用するようにしてもよい。例えば、特開平３−１５６１９３号公報や特開２０１１−１４４８０４号公報に開示された二重反転式ファンを用いることができる。二重反転式ファン１３０は、２種類のファン１３２、１３４を同じ回転数で回転させる場合だけでなく、異なる回転数に設定するようにしてもよい。

本実施形態の電子機器１００はこのような構成を有しており、次に、空気流路と二重反転式ファン１３０との関係について説明する。

図４は、空気流路における通風抵抗の説明図である。図４において、Ｓ１は二重反転式ファン１３０に対して冷却風の流れの上流側（吸気口１１３側）の空気流路２００の断面積である。また、Ｓ２は二重反転式ファン１３０に対して冷却風の流れの下流側（吐出口１１５側）の空気流路２１０の断面積である。なお、断面積Ｓ１は、空気流路２００の内容積側の断面積であって、発熱部品１２２やその他の電気部品等を除く冷却風が通過可能な空間の断面積である。また、空気流路２００に沿って断面積が変化する場合には、最も小さい断面積の値が用いられる。例えば、発熱部品１２２の位置において空気流路２００の断面積Ｓ１が最小になるものとすると、この断面積Ｓ１は、図５に示すように、発熱部品１２２を除く内容積の空間（ハッチングが付されている）の断面積として算出される。断面積Ｓ２についても同様である。

本実施形態の電子機器１００では、上流側の空気流路２００の断面積Ｓ１と下流側の空気流路２１０の断面積Ｓ２は、これらの差が所定値Ｓ３以下（｜Ｓ１−Ｓ２｜≦Ｓ３）になるように設定されている。これにより、二重反転式ファン１３０の上流側の空気流路２００の通風抵抗と下流側の空気流路２１０の通風抵抗の差が所定値以下になるようにしている。なお、これらの通風抵抗の差を最小にするためには、上述した断面積Ｓ１、Ｓ２を同じ（Ｓ３＝０）にすることが望ましい。

このように、本実施形態の電子機器１００では、筐体１１０内に形成された空気流路の中間位置に二重反転式ファン１３０が配置されているため、二重反転式ファン１３０を空気流路の端部近傍（例えば、筐体１１０の壁面）に設置する場合に比べて、二重反転式ファン１３０の吸気側と吐出側との間で通風抵抗の差が少なくなり、通風抵抗の差が大きいときに発生する騒音低減効果喪失の程度を抑制することができ、筐体１１０に収納された発熱部品１２２、１２４を冷却する際の二重反転式ファン１３０の騒音を低減することが可能となる。

また、空気流路は、二重反転式ファン１３０を挟んだ吸気口側と吐出口側のそれぞれの通風抵抗の差が所定値以下になるように設定されている。具体的には、吸気口側と吐出口側の空気流路の断面積（空気流路内の発熱部品１２２、１２４等を除く空間の断面積）を調整することにより、通風抵抗の差を所定値以下にしている。また、空気流路の両端となる吸気口１１３と吐出口１１５のそれぞれの面積を同じにしている。このようにすることで、二重反転式ファン１３０を挟んだ両側の通風抵抗を同じあるいはほぼ同じにすることができ、二重反転式ファン１３０の騒音を確実に低減することが可能となる。

また、発熱部品１２２、１２４を、二重反転式ファン１３０を挟んで吸気口側と吐出口側とに分散して配置するとともに、一方の発熱部品１２２のヒートシンク１２２Ａと他方の発熱部品１２４のヒートシンク１２４Ａとを二重反転式ファン１３０を挟んだ対称位置に配置することにより、筐体１１０内に収容された複数の発熱部品１２２、１２４を効率よく冷却している。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、より望ましい例として、二重反転式ファン１３０を挟んだ対称位置に発熱部品１２２、１２４のそれぞれを分散配置した場合を示したが、対称位置からずらして配置したり、二重反転式ファン１３０に対して吸気口側のみあるいは吐出口側のみに発熱部品１２２、１２４を配置するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、筐体内に形成された空気流路の中間位置に二重反転式ファンが配置されているため、二重反転式ファンの吸気側と吐出側との間で通風抵抗の差が少なくなり、通風抵抗の差が大きいときに発生する騒音低減効果喪失の程度を抑制することができ、筐体に収納された発熱部品を冷却する際の二重反転式ファンの騒音を低減することが可能となる。

１００ 電子機器
１１０ 筐体
１１２、１１４ 側面
１１３ 吸気口
１１５ 吐出口
１２０ 基板
１２２、１２４ 発熱部品
１２２Ａ、１２４Ａ ヒートシンク
１３０ 二重反転式ファン
１３２、１３４ ファン

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体に設けられた吸気口から吐出口に至る空気流路と、
   前記空気流路の途中に配置された二重反転式ファンと、
   前記空気流路内に配置された発熱部品と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
2. 前記空気流路は、前記二重反転式ファンを挟んだ前記吸気口側と前記吐出口側のそれぞれの通風抵抗の差を所定値以下にすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記吸気口側と前記吐出口側の前記空気流路の断面積を調整することにより、前記通風抵抗の差を前記所定値以下にすることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記断面積は、前記空気流路内の空間の面積であることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記吸気口と前記吐出口のそれぞれの面積を同じにすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 筐体と、
   前記筐体に設けられた吸気口から吐出口に至る空気流路と、
   前記空気流路の途中に配置された二重反転式ファンと、
   前記空気流路内に配置された第１の発熱部品と、
   前記第１の発熱部品上に配置され放熱用突起部を有する第１のヒートシンクと、
   前記空気流路内に配置された第２の発熱部品と、
   前記第２の発熱部品上に配置され放熱用突起部を有する第２のヒートシンクと、
   を備え、前記空気流路内において、前記二重反転式ファンの前記吸気口側に前記第１の発熱部品および前記第１のヒートシンクを配置するとともに、前記二重反転式ファンの前記吐出口側に前記第２の発熱部品および前記第２のヒートシンクを配置することを特徴とする電子機器。

Images