JP4985731B2

JP4985731B2 - アクティブ制振装置及び方法

Info

Publication number: JP4985731B2
Application number: JP2009195720A
Authority: JP
Inventors: 禎文渡辺
Original assignee: NEC Computertechno Ltd
Current assignee: NEC Computertechno Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: JP2011047452A

Description

本発明は、サーバ装置の騒音や振動の防止に用いて好適なアクティブ制振装置及び方法に関する。

サーバ装置の高機能化に伴い、サーバ装置には高速のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が搭載され、また、多数のハードディスク・ドライブが搭載されるようになってきている。また、小型、軽量化の要望から、サーバ装置の筐体の小型化が進んでいる。ところが、このような小型、高機能のサーバ装置では、騒音や振動が増大するという問題が生じてくる。

つまり、小型、高機能のサーバ装置に搭載される高速のＣＰＵでは、発熱量が増大するため、冷却ファンにより、発熱対策を施す必要がある。また、小型、高機能のサーバ装置に搭載される高回転のハードディスク・ドライブは、振動や騒音が大きく、また、発熱の問題が生じやすい。これに対して、小型の筐体では、熱が滞留しがちであり、熱対策が不可欠である。したがって、小型、高機能のサーバ装置では、強力な冷却ファンを使って、発熱対策を施す必要がある。

ところが、強力な冷却ファンを使うと、振動や騒音が大きくなるという問題が生じる。特に、小型のサーバ装置では、冷却ファンの取り付けスペースに限りがあり、大型の冷却ファンを取り付けることが難しく、小型で高速の冷却ファンを多数搭載することから、振動や騒音が大きくなるという問題が生じてくる。

ハードディスク装置の騒音を低減させるものとしては、特許文献１に、ハードディスクカバーの振動を検出する振動センサと、カバーを振動させるアクチュエータとを備え、振動センサにより検出されたカバーの振動を打ち消すようにアクチュエータを振動させるものが提案されている。

特開２００３−２２８９５６号公報

上述のように、小型、高機能のサーバ装置では、小型で高速の冷却ファンを多数搭載することから、振動や騒音の問題が顕著になる。また、ファンやハードディスク・ドライブからの直接的な騒音もさることながら、その振動の伝播による筐体のうなり音は、極めて不快なものとなる。このため、振動や騒音の低減を図ることが要望されている。

また、特許文献１に示されているものでは、アクチュエータの固定面をハードディスクのカバーに取り付け、加振面を振動させて、その作用／反作用によりカバーに対して運動エネルギーを与えるようにしている。しかしながら、特許文献１に示されるものでは、加振面には何も取り付けられていない。したがって、カバーに与えられる運動エネルギーは、加振面の振動周期と振動振幅に基づき、加振面のみの質量によって得られる。ところが、一般的にアクチュエータは、その駆動力に対して加振面の質量は十分に軽く作られているので、加振面のみでは与えられる運動エネルギーは小さい。ゆえに、小型のハードディスク・ドライブにおける非常に軽量なカバーに生じる振動を打ち消すことはできても、サーバ装置の質量の大きい筐体に生じる振動を打ち消すために必要な運動エネルギーを与えることはできないと考えられる。

上述の課題を鑑み、本発明は、小型化が進むサーバ装置の騒音、特に筐体の振動によるうなり音を効果的に低減できるアクティブ制振装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係るアクティブ制振装置は、筐体の振動を電気信号に変換する振動センサと、振動センサによって変換された電気信号を基に、筐体の振動を打ち消す電気信号を生成する制振回路と、加振面にウェイトを有し、筐体に固定され、制振回路によって生成された電気信号によって筐体の振動を打ち消すようにウェイトを振動させる加振装置とを備え、前記制振回路は、前記振動センサからの信号を反転した信号と当該制振回路が前回生成した信号とを加算して得られる信号を所定のゲインで増幅して前記加振装置に出力することを特徴とする。

本発明に係るアクティブ制振方法は、筐体の振動を電気信号に変換し、前記変換した電気信号を反転した信号と前回生成した信号とを加算して得られる信号を所定のゲインで増幅することで、前記筐体の振動を打ち消す電気信号を生成し、前記生成された電気信号によって前記筐体の振動を打ち消すためのウェイトを振動させることを特徴とする。

本発明によれば、筐体の振動を振動センサで検出し、これに基づいて、筐体の振動を打ち消すための信号を生成し、加振装置により筐体の振動を打ち消すように振動させることで、筐体の振動によるうなり音を効果的に打ち消すことができる。また、本発明によれば、加振装置の加振面にウェイトが取り付けられており、このウェイトの質量を、加振装置の振幅に基づくその運動エネルギーが、筐体の振動部分の質量と振動振幅に基づく運動エネルギーとが釣り合うように設定することで、質量の大きい筐体に生じる振動を打ち消すために必要な運動エネルギーを与えることができる。

本発明の実施形態によるアクティブ制振装置を搭載したサーバ装置の構成の説明図である。本発明の実施形態によるアクティブ制振装置を搭載したサーバ装置における制振回路の一例の回路図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態によるアクティブ制振装置を搭載したサーバ装置を示すものである。

図１において、サーバ装置の筐体１には、図示せずも、電源ユニット、マザーボード、ハードディスク・ドライブ等が装着されている。マザーボードには、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）やＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）が搭載されている。また、図示せずも、電源ユニットやＣＰＵには、ファンが設けられている。さらに、サーバ装置の筐体１には、多数のファンが設けられている。このようなファンやハードディスクからは騒音が発生し、また、ファンやハードディスク・ドライブからの振動の伝播により、筐体１からうなり音が発生する。

図１に示すように、筐体１には、振動センサ２が取り付けられている。振動センサ２は、筐体１の振動を電圧の変化として電気信号に変換する。振動センサ２の検出信号は、制振回路３に入力される。

また、サーバ装置の筐体１には、加振装置４が固定されている。この加振装置４の加振面には、ウェイト５が取り付けられている。加振装置４には、制振回路３から電気信号が送られる。

振動センサ２では、ファンやハードディスク・ドライブにより生じ、筐体１に伝播した振動が検出され、電気信号に変換される。この電気信号は制振回路３に入力される。制振回路３で、筐体１の振動を打ち消するための信号が形成される。この信号が加振装置４に送られる。これにより、加振装置４が振動され、この振動により、筐体１内のファンやハードディスク・ドライブからの振動が打ち消される。

本発明の実施形態では、加振装置４の加振面にウェイト５が取り付けられている。ウェイト５の質量は、加振装置４の振幅に基づくその運動エネルギーが、サーバ装置の筐体１の振動部分の質量と振動振幅に基づく運動エネルギーとが釣り合うように設定することができる。よって、サーバ装置の質量の大きい筐体１に生じる振動を打ち消すために必要な運動エネルギーを与えることができる。

次に、本発明の実施形態における制振回路３について説明する。前述したように、制振回路３は、振動センサ２からの信号を入力し、筐体１の振動を打ち消すための信号を形成して、加振装置４に出力する。よって、制振回路３は、振動センサ２から伝えられる電圧の変化を、筐体１の振動を打ち消すために逆位相となるように反転し、加振装置４を駆動する電圧レベルになるよう増幅すれば良いと考えられる。

しかしながら、サーバ装置の筐体１の振動は、加振装置４とウェイト５による加振の影響を受ける。このため、振動センサ２からの信号を反転してそのまま制振回路３の出力として加振装置４に入力するのではなく、動的に制御する必要がある。

そこで、本発明の実施形態における制振回路３では、振動センサ２からの信号を反転した信号と、サーバ装置の筐体１を加振している制振回路３の出力信号とを加算し、所定のゲインで増幅して、駆動信号として加振装置４に供給している。

図２は、制振回路３の構成を示すものである。図２において、演算増幅器１１の反転入力端子は抵抗１５を介して振動センサ２に接続される。演算増幅器１１の出力端子は抵抗１６を介して演算増幅器１１の反転入力端子に接続されると共に、抵抗１７を介して、演算増幅器１２の反転入力端子に接続される。演算増幅器１１および演算増幅器１２の非反転入力端子は接地される。演算増幅器１２の出力端子は、抵抗１９を介して演算増幅器１２の反転入力端子に接続されると共に、抵抗２０を介して演算増幅器１３の反転入力端子に接続される。演算増幅器１３の非反転入力端子は接地される。演算増幅器１３の出力端子は、抵抗２１を介して演算増幅器１３の反転入力端子に接続されると共に、加振装置４に接続される。また、演算増幅器１３の出力端子は、抵抗１８を介して、演算増幅器１２の反転入力端子に接続される。

図２において、演算増幅器１１、抵抗１５及び１６は、振動センサ２の信号を反転増幅する入力反転増幅回路６を構成している。演算増幅器１２、抵抗１７、１８、及び１９は、振動センサ２からの出力信号の反転信号と出力反転増幅回路８からの出力信号とを加算して反転する加算反転回路７を構成している。演算増幅器１３、抵抗２０及び２１は、演算増幅器１２の出力を所定のゲインで増幅して、加振装置４を駆動する信号を形成する出力反転増幅回路８を構成している。

図２において、振動センサ２からの信号は、演算増幅器１１で反転増幅されて、演算増幅器１２に送られる。演算増幅器１２で、演算増幅器１１の出力信号と、演算増幅器１３からの加振動装置の出力信号とが加算され、反転されて、演算増幅器１３に送られる。演算増幅器１３で、演算増幅器１２からの信号が反転増幅される。この演算増幅器１３からの信号が加振装置４に出力される。サーバ装置の筐体１に固定された加振装置４は、制振回路３から入力された電気信号により、サーバ装置の筐体１の振動を打ち消すよう、ウェイト５を振動させる。

このように、本発明の実施形態では、サーバ装置の筐体１の現在の振動を打ち消すための入力反転増幅回路６の出力と、現在サーバ装置の筐体１を加振している制振回路３の出力とを加算し、所定のゲインで増幅して、制振回路３の出力として加振装置４に出力することで、ウェイト５を有する加振装置４を動的に制御して、振動によるうなり音を効果的に打ち消すことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、サーバ装置やパソコンの騒音や振動を軽減させるのに用いられる他、例えばコピー機やプリンタ等の電子機器のファン等による騒音や振動を軽減させるのに広く用いることができる。

１：筐体
２：振動センサ
３：制振回路
４：加振装置
５：ウェイト
６：入力反転増幅回路
７：加算反転回路
８：出力反転増幅回路

Claims

筐体の振動を電気信号に変換する振動センサと、
前記振動センサによって変換された電気信号を基に、前記筐体の振動を打ち消す電気信号を生成する制振回路と、
加振面にウェイトを有し、前記筐体に固定され、前記制振回路によって生成された電気信号によって前記筐体の振動を打ち消すように前記ウェイトを振動させる加振装置と
を備え、
前記制振回路は、前記振動センサからの信号を反転した電気信号と当該制振回路が前回生成した電気信号とを加算して得られる電気信号を所定のゲインで増幅して前記加振装置に出力する
ことを特徴とするアクティブ制振装置。
前記制振回路は、第１の回路、第２の回路、第３の回路を備え、
前記第１の回路は、前記振動センサからの電気信号を反転させて前記第２の回路に出力し、
前記第２の回路は、前記第１の回路から出力された電気信号と前記第３の回路から出力された電気信号を加算して前記第３の回路に出力し、
前記第３の回路は、前記第２の回路から出力された電気信号を所定のゲインで増幅し、当該増幅した電気信号を前記第２の回路及び前記加振装置に出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のアクティブ制振装置。
前記ウェイトの重量は、前記加振装置の振幅に基づく運動エネルギーと、前記筐体の振動部分の質量と振動振幅に基づく運動エネルギーとが釣り合うように設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクティブ制振装置。
筐体の振動を電気信号に変換し、
前記変換した電気信号を反転した電気信号と前回生成した電気信号とを加算して得られる電気信号を所定のゲインで増幅することで、前記筐体の振動を打ち消す電気信号を生成し、
前記生成された電気信号によって前記筐体の振動を打ち消すためのウェイトを振動させる
ことを特徴とするアクティブ制振方法。