JP6360087B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風装置に関する。特に、本発明は、複数のファンを含む送風装置に関する。

一般的な電子機器は、発熱するデバイスを冷却するためのファンを内部に搭載する。例えば、データセンタなどに設置されるコンピュータやサーバなどの機器は、冷却性能を高めるために複数のファンを内部に搭載する。

ラックサーバのように高さに制限がある装置では、機器内部の空間に制約があるため、ファン同士が近接して配置される。そのような限られた空間に設置されたファンは、他のデバイスとの位置関係によっては、それらのデバイス間で回転数の干渉が発生する可能性がある。例えば、ハードディスクのように回転機構を含むデバイスがファンに近接していると、ファンが高回転しているときに回転数が一致し、デバイスの性能低下や誤動作が起こる可能性がある。以上のような問題を踏まえ、機器内部におけるデバイス間における干渉を想定し、ファンの配置に制約を加えたり、吸振材を設置したりする必要があった。

特許文献１には、観測データに基づいて、ハードディスクおよび冷却ファンの回転数をずらし、ハードディスクと冷却ファンとの干渉を抑制する装置が開示されている。特許文献１の装置は、ハードディスクおよび冷却ファンの振動を加速度センサや音センサによって検出し、冷却ファンの回転数を制御する。

また、特許文献２には、複数の冷却対象を冷却するための複数のファンの回転数を制御するファン回転制御方法が開示されている。特許文献２の方法では、各ファンが各冷却対象に供給する冷却量を予め記憶しておき、稼動部の温度に基づいて必要な冷却量を算出し、算出された必要冷却量と供給冷却量とに基づいて各ファンの回転数を決定する。

特開２０１２−０４８６５３号公報 特開２００８−２３５６９６号公報

特許文献１の装置では、ハードディスクと冷却ファンとの駆動条件を変更することによって、避けるべき回転数が既知であるハードディスクの回転数に対しては、冷却ファンの回転数をずらすように制御することができる。しかしながら、特許文献１の装置においては、互いの冷却ファンの回転数を互いに知りえないため、回転に起因する冷却ファン同士の干渉に関しては低減することができない。また、特許文献１の装置においては、複数のファンの回転速度を管理するためのマネージメントコントローラが別途必要となり、ファンの回転速度を自律的には制御できない。

特許文献２の方法では、各ファンを独立して制御することができるため、状況に応じて各ファンの回転数を互いに異なる数値に設定することはできる。ところで、特許文献２の方法においては、各ファンの回転数を稼働部の温度に基づいて個々に設定するため、観測した温度に基づいてその都度各ファンの回転数を演算する必要がある。そのため、特許文献２の方法でも、複数のファンを制御するための管理モジュールが必要となり、自装置のファンの回転数を自律的に制御できない。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、複数のファン同士の干渉を低減するように各ファンの回転数を自律的に設定する送風装置を提供することにある。

本発明の送風装置は、複数のファンを含む送風部と、送風部からの総風量に対応させて設定された複数のファンの制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶する記憶装置と、所望の総風量に対応する制御パラメータを選択して複数のファンを制御する制御回路とを備え、記憶装置は、複数のファンのうち少なくとも一組において干渉を低減させる制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶する。

本発明によれば、複数のファン同士の干渉を低減するように各ファンの回転数を自律的に設定する送風装置を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る送風装置の概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る送風装置のファン制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る送風装置が用いる制御パラメータをまとめた制御テーブルである。 本発明の第１の実施形態に係る送風装置を構成する複数のファンを異なる回転数に設定する場合の基本振動数の倍数成分をまとめた表である。 本発明の第１の実施形態に係る送風装置を構成する複数のファンの回転数に異なる素数を設定する場合の基本振動数の倍数成分をまとめた表である。 本発明の第１の実施形態に係る送風装置を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る送風装置の概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る送風装置を構成する複数のファンを異なる回転数に設定する場合の基本振動数の倍数成分をまとめた表である。 本発明の第２の実施形態に係る送風装置の別の例の概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る送風装置のさらに別の例の概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置の概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置のファン制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置が用いる制御パラメータをまとめた制御テーブルである。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置によるファンの制御の一例について説明するためのフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る送風装置を搭載した電子機器の別の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る送風装置の概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る送風装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る送風装置によるファンの制御の一例について説明するためのフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る送風装置を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る送風装置１について図面を用いて説明する。

（構成）
図１は、本実施形態に係る送風装置１の構成を示す概念図である。送風装置１は、送風部１０と、ファン制御部２０とを備える。

送風部１０は、同一スペックの複数のファン１１を含む。図１は、５台のファン１１を一列に並べて送風部１０を構成する例である。なお、送風部１０は、５台に限らず何台のファン１１を含んでいてもよい。

複数のファン１１は、図１のように一列に並べて配置してもよいし、２次元アレイ状に並べて配置してもよい。また、複数のファン１１の送風面は、同一面上に並ぶように配置させてもよいし、異なる面上に配置させてもよい。すなわち、複数のファン１１の配置には限定を加えない。

個々のファン１１は、ファン制御部２０の制御に応じて動作する。ファン１１は、電圧値や、パルス波のデューティー比を制御することによって回転数を変えることができる可変速ファンである。送風部１０からの送風量は、各ファン１１からの送風量を合計した総風量に相当する。各ファン１１は、ファン１１ごとに設定された制御条件を組み合わせた制御パラメータを用いて制御される。

本実施形態において、回転数とは、単位時間当たりの回転数のことをいう。例えば、回転数は、１分当たりの回転数（ｒｐｍ：revolution per minute）で定義することができる。また、回転数は、１時間や１日などの単位時間当たりの回転数で定義することもできる。ただし、本実施形態においては、異なる単位時間当たりの回転数を比較せず、同じ単位時間当たりの回転数を比較するものとする。

本実施形態において、単位時間は、２分や３分、１０分、１００分などの単位ではなく、１分や１時間、１日などの単位で定義することができる。なお、１分よりも短い単位時間を回転数に設定することを含めると、回転数に差をつけても周波数に換算すると差がなくなるため、１分よりも短い単位時間を回転数に設定することは好ましくない。また、１時間以上の単位を時間を回転数に設定すると、回転数の数値が大きくなるために好ましくない。そのため、本実施形態においては、特に断りがない限り、回転数とは１分間当たりの回転数を示すものとする。

ファン１１には、遠心ファンや軸流ファン、斜流ファン、横断流ファンなど任意の構造のファンを用いることができる。例えば、シロッコファンやターボファン、プロペラファン、ラインフローファンなどをファン１１として用いることができる。

ファン制御部２０は、制御パラメータに含まれる制御条件を用いて各ファン１１の回転数を設定し、送風部１０から送風される風量を制御する。すなわち、ファン制御部２０は、複数のファン１１の回転数を設定する制御条件を組み合わせた制御パラメータを用いて複数のファン１１を制御する。本実施系形態では、一つの制御パラメータを選択すれば、全てのファン１１の回転数が一意に設定される。

また、送風装置１は、送風装置１を搭載する機器に接続されるコネクタ３０を有する。コネクタ３０は、ケーブル３１によってファン制御部２０に接続される。なお、本実施形態においては、コネクタ３０およびケーブル３１の形状や有無に関しては限定を加えない。

コネクタ３０は、図示しない上位装置と送風装置１とを接続するための接続部である。通常、コネクタ３０は、電源や信号を入出力するための端子をまとめた構造を有する。例えば、コネクタ３０は、上位装置のボード上のコネクタと脱着させることができる。なお、コネクタ３０は、パルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）を入出力するための端子を含んでいてもよい（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）。

各ファン１１が一般的な３ｐｉｎファンである場合、コネクタ３０は、電源端子（プラス、マイナス）および回転数信号の端子を含む。また、各ファン１１が一般的な４ｐｉｎファンである場合、コネクタ３０は、電源端子（プラス、マイナス）、回転数信号およびＰＷＭ信号の端子を含む。なお、コネクタ３０は、回転数信号やＰＷＭ信号の端子、電源端子以外の信号線や電源線に接続されていてもよい。

ケーブル３１は、コネクタ３０の端子に接続された配線をまとめたものである。例えば、ケーブル３１は、回転数信号を伝送するための信号線や電源線を含む。また、ケーブル３１は、回転信号を伝送するための信号線に加えて、ＰＷＭ信号を伝送するための信号線を含んでいてもよい。

（ファン制御部）
ここで、ファン制御部２０の詳細な構成について図面を用いて説明する。図２は、ファン制御部２０の構成例を示すブロック図である。ファン制御部２０は、制御回路２１、記憶装置２２、第１のインターフェース２３および第２のインターフェース２４を備える。

制御回路２１は、記憶装置２２に記憶された制御パラメータを用いて各ファン１１を制御する。すなわち、制御回路２１は、所望の総風量に対応させて設定された制御パラメータのいずれか一つを選択して複数のファン１１を制御する。例えば、制御回路２１は、制御用のマイクロコンピュータによって実現される。例えば、制御回路２１は、各ファン１１に印加する電圧やＰＷＭ信号を制御することによって、各ファン１１の回転数を設定する。なお、制御回路２１は、ＰＷＭ信号を用いて各ファン１１を制御するようにしてもよい。

記憶装置２２は、送風部１０から送風する総風量に対応させて設定された制御パラメータを記憶する。例えば、記憶装置２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）によって実現できる。記憶装置２２は、複数のファン１１のうち少なくとも一組において干渉を低減させる制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶する。

制御パラメータは、送風部１０から送風する総風量に対応させて、複数のファン１１の回転数が干渉を低減させるように設定された制御条件を含む。例えば、ファン１１の回転数を電圧によって制御する場合、送風部１０から送風する総風量に対応させて、各ファン１１に印加する電圧値を制御条件として設定しておけばよい。また、例えば、ＰＷＭ信号を用いてファン１１の回転数を制御する場合、送風部１０から送風する総風量に対応させて、各ファン１１に設定するパルス波のデューティー比を制御条件として設定しておいてもよい。

第１のインターフェース２３は、ファン制御部２０に複数のファン１１を接続するためのインターフェースである。第１のインターフェース２３は、各ファン１１に対して電力を供給するための端子を含む。また、第１のインターフェース２３は、各ファン１１の回転数をモニターするための端子やＰＷＭ信号などの信号を入出力するための端子を含んでいてもよい。

第２のインターフェース２４は、送風装置１を搭載する機器からの電力供給を受け付けるインターフェースである。また、第２のインターフェース２４は、送風装置１を搭載する装置を上位装置とし、その装置からの制御信号を受け付けるようにしてもよい。例えば、上位装置によって送風装置１をモニター・制御させ、上位装置からの制御信号を制御回路２１で受け付け、その制御信号に従った制御条件で制御回路２１が各ファン１１を制御するようにしてもよい。

（制御パラメータ）
ここで、制御パラメータの詳細について説明する。制御パラメータは、送風部１０からの総風量に対応させて、各ファン１１の制御条件を組み合わせたものである。制御パラメータは、事前に記憶装置２２に記憶させておく。以下の例では、送風部１０をｎ個のファン１１で構成する例を示す（ｎ：２以上の自然数）。

図３は、複数のファン１１を制御するための制御パラメータを含む制御テーブル２１１である。制御テーブル２１１は、送風部１０からの総風量に対応させて設定された制御パラメータを含む。図３においては、それぞれの制御パラメータを一意に特定するためのＩＤ（Identifier）が各制御パラメータに付与されている。

制御テーブル２１１においては、ファンＡの電圧値をＡ１ボルトに設定する制御条件と、ファンＢの電圧値をＢ１ボルトに設定する制御条件と、・・・、ファンＮの電圧値をＮ１に設定するという制御条件とをまとめたものが制御パラメータである。図３の制御テーブル２１１は、各ファン１１を電圧値によって制御する例である。各ファン１１をＰＷＭ制御する場合は、電圧値の替わりに、パルス波のデューティー比を設定しておけばよい。

図３の制御テーブル２１１の１行目は項目名であり、２行目以降の各行が制御パラメータである。制御テーブル２１１中の各制御パラメータは、各ファン１１の回転数が異なるように設定されたファン１１ごとの制御条件を含む。

送風装置１からの総風量を所望の値に設定するためには、制御テーブル２１１の二列目の総風量を参照し、所望の総風量に対応する制御パラメータを選択して各ファン１１の電圧値を設定すればよい。なお、ＰＷＭ信号を用いる場合は、制御パラメータとして、総風量に対応させたパルス波のデューティー比の制御条件をファン１１ごとに設定しておけばよい。

ここでは、ファンＡの電圧値をＡ１ボルトに設定すれば、ファンＡから毎分ｑ１立方メートルの風量で送風される。同様に、ファンＢの電圧値をＢ１ボルトに設定すればファンＢから毎分ｑ２立方メートルの風量で送風され、・・・、ファンＮの電圧値をＮ１ボルトに設定すればファンＮから毎分ｑｎ立方メートルの風量で送風される。送風部１０から毎分Ｑ（＝ｑ１＋ｑ２＋・・・＋ｑｎ）立方メートルの総風量で送風させるには、ファンＡをＡ１ボルト、ファンＢをＢ１ボルト、・・・、ファンＮをＮ１ボルトに設定すればよい。

一般に、ファン１１などの回転体の振動は回転運動に起因する。ファン１１が回転することによって発生する振動は、羽やベアリングの数、モータの駆動極数など様々な要因によって発生する。本実施形態においては、羽の数を要因とする振動を抑制する例について説明する。

ファン１１の回転数をＮ［ｒｐｍ］とすると、回転周波数ｆ［Ｈｚ］は式１から求められる。
ｆ＝Ｎ／６０・・・（１）
また、羽の枚数をＢ［枚］とすると、下記の式２で示す基本周波数Ｆ［Ｈｚ］の倍数の周波数で、回転に起因するファン１１の振動が大きくなる。
Ｆ＝Ｂｆ・・・（２）
これ以降、ファン１１の振動が大きくなる基本周波数Ｆの倍数（１、２、・・・、ｎ倍）に対応する周波数（Ｂｆ、２Ｂｆ、・・・、ｎＢｆ）を基本振動数の倍数成分と呼ぶ（ｎは自然数）。

図４は、６枚の羽（Ｂ＝６）を有する複数のファン１１を異なる回転数で制御する場合の基本振動数の倍数成分（１〜１０次）をまとめたテーブルである。図４において、白抜きの数字は、基本振動数の倍数成分に同じ数値のものがあることを示す。なお、図４の基本振動数の倍数成分は、小数点以下を四捨五入した値を示している。

以下においては、回転数を整数値で設定する例について説明する。ただし、回転数は、電圧値やデューティー値で設定する場合、必ずしも整数値にはならない。回転数が小数点以下の桁を含む場合は、小数点以下を四捨五入や切捨て・切り上げした整数部で設定すればよい。

例えば、全てのファン１１を同じ回転数で制御すると、各次数の倍数成分は同じになる。その場合、全てのファン１１の基本振動数の倍数成分が重なることになる。一方、図４のように異なる回転数を組み合わせれば、基本振動数の倍数成分の重なりは低減する。

しかしながら、単に回転数をずらしただけでは、図４のように、基本振動数の倍数成分の重なりが何箇所かあらわれる可能性がある。その原因は、各回転数の公約数に同じ数が含まれるためである。回転数さえ異なれば基本振動数の倍数成分の重なりが減るためにファン１１同士の干渉は低減するが、できれば基本振動数の倍数成分の重なりまで低減することが望ましい。そのためには、異なる回転数の公約数に１以外の数字が含まれないように、各ファン１１の回転数が互いに素になるような制御条件を選択すればよい。すなわち、本実施形態においては、複数のファン１１のうち少なくとも一組の回転数の整数部が互いに異なる値に設定される制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶装置２２に記憶しておく。なお、本実施形態においては、異なるファン１１同士の回転数が同じであることをファン１１同士が干渉すると表現する。

制御パラメータは、ファン１１のうち少なくとも一組の回転数の整数部が互いに素である整数値に設定される制御条件の組み合わせを含むことが好ましい。さらに、制御パラメータは、ファン１１のうち少なくとも一組の回転数の整数部が互いに異なる素数に設定される制御条件の組み合わせを含むことがより好ましい。なお、ファン１１の回転数は、電圧値やパルス幅のデューティー比などを用いて設定されるため、厳密に整数になるとは限らない。そのため、本実施形態においては、回転数が小数点以下の桁数を含むことも考慮し、回転数の整数部によって回転数を規定する。また、回転数の単位が異なると比較できないため、本実施形態においては「１分間当たりの回転数」を「回転数」と定義して説明する。

図５は、各ファン１１の回転数が互いに素になるような制御条件を組み合わせた例である。図５においては、各ファン１１の回転数に互いに異なる素数を割り当てている。図４の回転数の組み合わせと同じ程度の風量を得るためには、図４の各回転数に近い素数（９９７、１１０３、１２０１、１３０１、１３９９）を選択すればよい。例えば、回転数の制御範囲が５００〜２０００ｒｐｍ程度であれば、その制御範囲内の有限個の素数（約２００個）から回転数に設定する数字を選択すればよい。なお、図５においては、各ファン１１の回転数に素数を割り当てたが、互いに素の関係にある数字を組み合わせれば、基本振動数の倍数成分の重なりを低減することができる。また、図５において、基本周波数の倍数成分は、小数点以下第２位を四捨五入した数値を示している。

なお、ファン１１の回転数に素数を設定しても基本振動数の倍数成分が近ければ、ファン１１の個体差によっては、干渉が発生する可能性もある。このような場合は、基本振動数の倍数成分が重なり合うファン１１のうちいずれかの回転数を変更すればよい。例えば、図５のようなファン１１の組み合わせにおいて、９９７ｒｐｍで回転するＮｏ．１のファン１１と、１１０３ｒｐｍで回転するＮｏ．２のファン１１との間で干渉が発生したものとする。このような場合、Ｎｏ．１のファン１１の回転数を９９１ｒｐｍに変更したり、Ｎｏ．２のファン１１の回転数を１１０９ｒｐｍに変更したりして、回転数の差を広げればよい。このような変更は、複数のファン１１の組み合わせをシミュレーションして検証したり、実際に組み上げて検証してもよい。

厳密にいうと、ファン１１同士の干渉は、回転数を変えることによって減少させることはできても、解消することができるとは限らない。回転数に対応する基本振動数の倍数成分は、横軸を周波数、縦軸を振動の大きさとしてプロットすると、周波数方向に分布したピーク形状をもつ。異なる回転数に対応する倍数成分が十分に離れていないと、それらのピークを重ね合わせた成分は、各ピークの振動の大きさよりも大きな値になる。そのため、基本振動数がどの程度離れていればよいかの目安があるとよい。

例えば、ピークの最大値の半分の値における周波数幅を半値幅と定義する。このとき、異なるピーク間の間隔を半値幅よりも大きくなるようにすれば、それらのピークを重ね合わせた際の振動の大きさは、大きい方のピークの振動の大きさよりかは小さくなる。そのため、各ピークの間隔が半値幅よりも大きくなるような回転数を組み合わせれば、ファン１１同士の干渉を低減することができる。ここで、異なるファン１１同士において、基本周波数に対応するピークの間隔が半値幅に一致する際の回転数の間隔を「所定間隔」と定義する。すなわち、複数のファン１１のうち少なくとも一組に関して、単位時間当たりの回転数が所定間隔よりも離れるように設定される制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを設定すれば、ファン１１同士の干渉を低減することができる。

（回転数の選択）
ファン１１の回転数の選択は、以下のような手順で行えばよい。なお、以下の手順は一例であって、本実施形態の送風装置１を構成する複数のファン１１の回転数は、以下の方法以外の選択方法で選択してもよい。

まず、送風部１０からの総風量をいくつか設定する。そして、設定した総風量が得られるファン１１の回転数の組み合わせを設定する。ただし、各ファン１１の回転数に対応する風量は、事前に決めておくこととする。

ここでは、ファン１１の回転数を全て異なる値に設定してもよいが、ファン１１同士の回転数が異なりさえすればよいので、複数のファン１１のうち少なくとも一組のファン１１の回転数を異なる値に設定すればよい。なお、高次の倍数成分の重なりまで避けるためには、複数のファン１１の回転数として互いに素である整数を選択すればよく、さらには互いに異なる素数を選択することがより好ましい。

ところで、ファン１１の回転数が１ｒｐｍ異なると、周波数換算では約０．０１７Ｈｚだけ異なる。この程度の差では、たとえファン１１の回転数が異なるといっても、実質的には回転振動数は同じである。ところで、ファン１１の回転数に６０ｒｐｍの差をつければ、回転振動数の差は１０Ｈｚになる。１０Ｈｚ程度の差があれば、基本振動数の倍数成分の重なりに起因する干渉は抑制できる。通常、ファン１１の回転数は、数千ｒｐｍに設定されるため、ファン１１の回転数の差が数十ｒｐｍ以上であれば、回転数に起因する干渉を完全になくせないとしても、低減することはできる。なお、ファン１１の回転数は、数百ｒｐｍ以上の差をつけることが好ましい。

すなわち、複数のファン１１の回転数の差を所定の数値よりも大きな値に設定することによって、ファン１１同士の干渉を低減することができる。しかし、実際には、回転数の差をどれだけにするのかを厳密に定義することは難しい。そのため、実際には、送風部１０から所望の総風量を得るためのファン１１の組み合わせを事前に検証しておくことが必要となる。

（搭載例）
ここで、電子機器１００の内部に送風装置１を搭載する例について図面を用いて説明する。図６は、冷却対象１０１を実装する電子機器１００の内部に送風装置１を搭載する例である。なお、冷却対象１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、電源などといった発熱量が大きいデバイスである。

送風装置１は、制御パラメータを用いることによって、複数のファン１１を含みながらも単一のファンから送風するように総風量を制御する。冷却対象１０１にとっての受風量には多少の違いはあるかもしれないが、送風装置１からの総風量は所望の風量に制御される。

以上のように、本実施形態においては、所望の総風量で送風する際に、複数のファンのうち少なくとも一組において干渉を低減させる制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを選択する。本実施形態によれば、事前に設定しておいた制御パラメータを選択すればよいため、特別な管理モジュールを設けなくても、所望の総風量に対応させて複数のファンの回転数を自律的に設定することができる。

また、本実施形態においては、複数のファンのうち少なくとも一組の回転数が互いに異なる値に設定される制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶装置に記憶させておく。その結果、本実施形態によれば、ファン同士の回転数の重なりを低減することによって、ファン同士の干渉を低減することができる。なお、本実施形態の送風装置は、ファンの回転数の重なりを完全になくすわけではなく、低減させることを可能とするものである。すなわち、本実施形態によれば、複数のファン同士の干渉を低減するように各ファンの回転数を自律的に設定することができる。また、本実施形態に係る送風装置は、汎用的なファンユニットとして構築できるため、本送風装置を搭載する機器側の制約が少なくなるという効果も得られる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る送風装置２の構成を示す概念図である。送風装置２は、送風部１０−１の構成が第１の実施形態の送風部１０とは異なる。送風装置２のその他の構成は、第１の実施形態の送風部１０と同様であるために詳細な説明は省略する。

送風部１０−２は、異なる物理的特性を有する複数のファン１１を組み合わせた構成を有する。例えば、図７のファン１１−１〜５は、羽の数という物理的特性が異なる。なお、以下の説明において、ファン１１−１〜５を区別しない場合は、単にファン１１と記載する。

送風部１０−１の各ファン１１は、ファン制御部２０の制御に応じて動作する。送風部１０からの送風量は、各ファン１１からの送風量を合計した総風量に相当する。各ファン１１は、ファン１１ごとに設定された制御条件を組み合わせた制御パラメータを用いて制御される。

各ファン１１は、それぞれ異なった特性を有する。ファン１１の特性は、例えば、羽の状態（枚数や形状など）や大きさ、材質、向きなどの物理的特性を含む。また、複数のファン１１は、羽の状態や大きさ、材質、向きなどの物理的特性は同じであっても、設定された風量域における回転速度や回転方向などの回転状態を含む動作特性が互いに異なるように構成してもよい。

図８は、送風装置２を構成する複数のファン１１を異なる回転数に設定する場合の基本振動数の倍数成分をまとめた表である。図４と比較すると、図８においては、各回転数は互いに素ではないものの、基本振動数の倍数成分の重なりがないことがわかる。

ところで、ファン１１の羽の枚数と回転数との組み合わせによっては、異なるファン１１に関して基本振動数の倍数成分の重なりが増える場合もある。例えば、羽が６枚のファン１１−３を１０００ｒｐｍで回転させ、羽が５枚のファン１１−１を１２００ｒｐｍで回転させると、回転周波数が全く同じになる。そのため、羽の数が異なるファン１１を組み合わせる場合には、制御パラメータの設定には注意が必要である。また、羽の数が異なっても、高次の倍数成分までみれば、回転周波数の重なりが皆無であるとはいえない。そのため、特性が異なるファン１１を組み合わせる場合であっても、回転数が互いに素になるように設定することが好ましい。なお、厳密には、回転数に設定した回転数の高次成分まで考慮すると、回転数が素数であっても同じ公約数をもつ回転周波数があらわれる。しかしながら、本実施形態においては、回転数の重なりに起因する干渉を低減することを目的とするため、基本振動数の倍数成分の重なりが低減しさえすればよい。

ファン１１の特性は、任意に組み合わせることができる。なお、複数のファン１１の特性は、全てのファン１１で異なることが好ましいが、いくつかのファン１１が同じ特性を有していてもよい。例えば、同一の特性を持つ二つのファン１１の間に、異なる特性のファン１１を配置すれば、同一の特性を持つ二つのファン１１に関しては基本振動数の倍数成分の重なりを低減することができる。そのため、本実施形態に関しては、複数のファン１１のうち一組の基本振動数の倍数成分が重ならなければよい。

以下に、本実施形態の送風装置２の変形例を示す。

図９の送風装置２−２は、１０個のファン１１（１１−１〜１０）によって送風部１０−２を構成する例である。図９の送風装置２−２の送風部１０−２では、ファン１１−１〜５のそれぞれの送風面とファン１１−６〜１０のそれぞれの送風面とを互いに反対側に向けて配置する。この場合、ファン１１−１〜５のそれぞれと、ファン１１−６〜１０のそれぞれとの回転数の差に応じて、送風方向が変わる。

図１０は、互いに反対方向に回転するファン１１−１１およびファン１１−１２を交互に並べた送風部１０−３を有する送風装置２−３である。隣接しあうファン１１−１１とファン１１−１２とを互いに反対方向に回転させれば、隣接したファン１１間で回転に起因する干渉を打ち消すことができる。ファン１１−１１とファン１１−１２とを反対向きに回転させても、送風部１０−３からの総風量は、各ファン１１からの風量の合計になる。

以上のように、本実施形態によれば、異なった特性のファンを組み合わせることによって、回転に起因するファン同士の干渉をさらに低減する送風装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る送風装置３について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１１は、本実施形態に係る送風装置３の構成を示す概念図である。本実施形態に係る送風装置３には、第１の実施形態に係る送風装置１に振動センサ４０が追加されている。振動センサ４０は、ケーブル４１によってファン制御部２０−３に接続される。以下においては、第１の実施形態に係る送風装置１と共通する箇所については説明を省略する。

振動センサ４０は、ケーブル４１によってファン制御部２０−３に接続される。振動センサ４０は、検出した振動を検出信号に変換し、その検出信号をファン制御部２０−３に出力する。振動センサ４０は、振動を検出したタイミングに合わせて１度だけ検出信号を出力するように構成してもよいし、振動を検出している期間に所定のタイミングで検出信号を継続的に出力し続けるように構成してもよい。

振動センサ４０は、送風部１０の振動を検知する位置に配置することができる。また、振動センサ４０は、送風装置３と干渉しうるハードディスクなどのデバイスの振動を検出する位置に配置してもよい。

振動センサ４０は、変位や速度、加速度などの物理量を検出対象とする。例えば、周波数が低い場合は変位、周波数が高い場合は加速度を検出対象とすることによって感度よく測定できる。そのため、検出する振動の周波数に応じて、検出対象とする物理量を変えるように設定してもよい。実際には、振動を皆無にすることは難しいので、所定の閾値を超える振動が検出された際に、振動センサ４０から検出信号を出力するようにすればよい。

振動センサ４０は、検出対象とする物理量に応じて、適切な測定方式を選択することが好ましい。例えば、変位を対象とする場合は静電容量式や渦電流式、速度を対象とする場合はレーザドップラ式や電磁式、加速度を対象とする場合は圧電式を選択することが好ましい。なお、振動センサ４０の測定方式は、検出する振動の周波数や振幅、対象物の大きさや周波数範囲、測定環境、温度、清浄度に応じて適宜選択するようにしてもよい。

図１２は、本実施形態のファン制御部２０−３の構成を示すブロック図である。ファン制御部２０−３は、第１の実施形態に係るファン制御部２０に、振動センサ４０を接続するための第３のインターフェース２５を追加した構成を有する。なお、図１２のファン制御部２０−３は、第３のインターフェース２５を一つだけ含んでいるが、振動を検出する対象の数に応じて複数含んでいてもよい。

制御回路２１は、第１の実施形態と同様の機能とともに、振動センサ４０から出力される検出信号に基づいて、各ファン１１の回転数を調整する機能を有する。制御回路２１は、振動センサ４０の検出信号を第３のインターフェース２５経由で取得する。

例えば、送風装置３が総風量Ｑで送風を行っている際に、振動センサ４０がいずれかのファン１１同士の干渉に起因する振動を検出すると、制御回路２１は振動センサ４０から検出信号を受信する。このとき、制御回路２１は、回転数が近接するファン１１同士の回転数の差が大きくなるような制御パラメータを選択すればよい。

図１３は、振動センサ４０の検出信号に応じてファン１１の回転数を制御する際に使用する制御パラメータをまとめた制御テーブル２３１である。制御テーブル２３１は、同じ送風量に対して複数の制御パラメータ（ｍ個）を格納している（ｍは２以上の自然数）。制御テーブル２３１の制御パラメータには、それぞれ一意の識別子（ＩＤ：Identifier）が付与されている。各ＩＤに対応する制御パラメータの電圧値はファン１１ごとに設定され、それぞれの電圧値に応じてファン１１の回転数が設定される。

例えば、制御回路２１は、あるＩＤの制御パラメータで制御している際に振動センサ４０から検出信号を受信すると、異なるＩＤの制御パラメータを選択する。

例えば、制御回路２１は、ＩＤ２１の制御パラメータを用いていた場合に振動センサ４０からの検出信号を受信した際には、ＩＤ２２の制御パラメータを選択すればよい。制御回路２１は、制御パラメータの変更によって振動が検出されなくなれば、この制御パラメータの使用を継続する。また、制御回路２１は、制御パラメータの変更によって振動が検出され続けている場合、ＩＤ２２の制御パラメータをＩＤ２３以降の制御パラメータを選択しなおせばよい。なお、制御パラメータを選択しなおしても所定の閾値を超える振動が検出され続けている場合は、振動センサ４０によって検出された振動が最小となる制御パラメータを選択するようにすればよい。

（動作）
ここで、図１４のフローチャートを用いて、本実施形態に係る送風装置３が有する制御回路２１の動作の一例について説明する。

まず、図１４において、制御回路２１は、振動センサ４０から検出信号を受信する（ステップＳ３１）。

すると、制御回路２１は、制御パラメータを変更する（ステップＳ３２）。

ここで、制御回路２１は、制御パラメータを変更したのにもかかわらず検出信号を受信し続けている場合（ステップＳ３３でＹｅｓ）、ステップＳ３２に戻って制御パラメータを再度変更する。なお、制御パラメータの変更が反映された状態でステップＳ３３の判定を実行するために、ステップＳ３２の後、振動センサ４０から検出信号が出力されるまで待機するように設定してもよい。

一方、制御回路２１は、制御パラメータの変更に伴って検出信号を受信しなくなった場合（ステップＳ３３でＮｏ）、使用中の制御パラメータによる制御を継続させる。

以上が、送風装置３が有する制御回路２１の動作の一例についての説明である。なお、図１４の動作は一例であって、本実施形態に係る送風装置３の動作を限定するものではない。

制御パラメータは、総風量に対応させて事前に設定しておくものであるが、状況に応じて微調整できるように設定値に幅を持たせておいてもよい。例えば、ファンＡに対しては毎分ｒ１立方メートル、ファンＢに対しては毎分ｒ２立方メートル、・・・、ファンＮに対しては毎分ｒｎ立方メートルの許容値を設定し、以下の式２を満たすように制御してもよい。
Ｑ＝［ｑ１±ｒ１］＋［ｑ２±ｒ２］・・・＋［ｑｎ±ｒｎ］・・・（２）
実際には、風量の許容値に対応する電圧値や、パルス波のデューティー比を制御する。たとえば、毎分ｒｎ立方メートルの許容値に対応する電圧幅がｖｎボルトである場合、以下の式３を用いて電圧値を制御すればよい。
Ｖ＝［Ｖ１±ｖ１］＋［Ｖ２±ｖ２］・・・＋［Ｖｎ±ｖｎ］・・・（３）
例えば、振動センサ４０がある周波数の振動を検知した場合、その回転周波数で動作するファン１１の回転数を変更する。このとき、制御回路２１は、許容幅の範囲内で制御条件を変更し、ファン１１同士の干渉の有無を検証すればよい。なお、ファン１１同士の干渉が低減した場合、制御回路２１は、変更した制御条件で元の制御条件を上書きするようにしてもよい。制御条件を変更してもファン１１同士の干渉が低減しない場合、制御回路２１は、別の制御パラメータを選択すればよい。

（搭載例）
ここで、電子機器３００の内部に送風装置３を搭載する一例について図面を用いて説明する。図１５および図１６は、冷却対象１０１を実装する電子機器３００の内部に送風装置３を搭載する一例である。図１５および図１６の例では、送風装置３とデバイス１０２とが干渉しうる位置関係に配置されているものとする。

図１５の例では、振動センサ４０によって送風装置３の振動を検出する。実際には、送風装置３の送風部１０の振動を振動センサ４０によって検出するようにすればよい。図１５の構成によれば、送風装置３に含まれる複数のファン１１同士の干渉に起因する振動を実際に検出し、制御パラメータを変更することによってファン１１同士の干渉を低減させることができる。その結果、デバイス１０２に対して送風装置３の干渉の影響が及びにくくなる。

図１６の例は、送風装置３と干渉しうるハードディスクなどのデバイス１０２の振動を送風装置３によって検出する。図１６の構成によれば、送風装置３のファン１１の回転に起因してデバイス１０２に発生した振動を振動センサ４０によって検出し、制御パラメータを変更することによって干渉を低減させることができる。その結果、送風装置３とデバイス１０２との間の干渉を低減することができる。また、図１６の構成によれば、送風装置３自体のファン１１同士の干渉に起因してデバイス１０２側に発生した振動を併せて検出することができる。

以上のように、本実施形態によれば、振動センサが振動を検出した際に制御パラメータを変更することによって、ファンとデバイスとの干渉や、ファン同士の干渉を低減することができる。そのため、本実施形態によれば、他の実施形態と同様にファンの回転状態に起因する干渉を低減することができ、他の実施形態よりもさらに自律的にファンを制御することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る送風装置４について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１７は、本実施形態に係る送風装置４の構成を示す概念図である。本実施形態に係る送風装置４には、第３の実施形態に係る送風装置３に温度センサ５０が追加されている。温度センサ５０は、ケーブル５１によってファン制御部２０−４に接続される。なお、送風装置４は、振動センサ４０を含まない構成としてもよい。以下においては、第１〜第３の実施形態に係る送風装置１〜３と共通する箇所については説明を省略する。

温度センサ５０は、ケーブル５１によってファン制御部２０−４に接続され、測定した温度をファン制御部２０−４に出力する。温度センサ５０は、送風装置４が冷却対象とするデバイスに接触させたり、近接させたりさせる。例えば、温度センサ５０は、サーミスタや測温抵抗体、熱電対などの接触型温度センサによって実現される。また、温度センサ５０は、赤外線センサやサーモパイルなどの非接触型温度センサによって実現してもよい。

図１８は、本実施形態に係るファン制御部２０−４の構成を示すブロック図である。ファン制御部２０−４には、第３の実施形態に係るファン制御部２０−３に温度センサ５０に接続するための第４のインターフェース２６が追加されている。なお、送風装置４に振動センサ４０を含ませない場合、ファン制御部２０−４は、第３のインターフェース２５を有していなくてもよい。また、図１８のファン制御部２０−４は、第４のインターフェース２６を一つだけ含んでいるが、振動の検出対象の数に応じて複数含んでいてもよい。

制御回路２１は、第３の実施形態と同様の機能とともに、温度センサ５０から出力される検出信号に基づいて、送風部１０からの送風量を制御するために各ファン１１の回転数を調整する。制御回路２１は、温度センサ５０からの信号を第４のインターフェース２６経由で取得する。

制御回路２１は、温度センサ５０からの信号に基づいて、制御パラメータを選択する。例えば、温度センサ５０が冷却対象の表面に設置されていると、制御回路２１は、冷却対象の温度が上昇した際には送風量を増やす制御をする。また、例えば、冷却対象の温度が所定の範囲内であったりや温度が下降したりした際には、現状を維持する制御をしたり、送風量を減らす制御をしたりする。

（動作）
ここで、図１９のフローチャートを用いて、本実施形態に係る送風装置４が有する制御回路２１の動作の一例について説明する。なお、図１９には、温度センサ５０からの信号に基づいた処理についてのみ示す。振動センサ４０からの信号に基づいた処理（図１４）は、図１９の処理とは独立に実行してもよいし、図１９の処理と組み合わせてもよい。

まず、図１９において、制御回路２１は、温度センサ５０が測定した温度に関する情報を受信する（ステップＳ４１）。

ここで、制御回路２１は、温度センサ５０から受信した温度が所定の閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ４２）。

温度センサ５０から受信した温度が所定の閾値を超えている場合（ステップＳ４２でＹｅｓ）、制御回路２１は、制御パラメータを変更する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３において、制御回路２１は、変更前よりも送風量が大きくなるような制御パラメータを選択する。この後、ステップＳ４１に戻ってもよいし、ステップＳ４４に進んでもよい。

一方、温度センサ５０から受信した温度が所定の閾値を超えていない場合（ステップＳ４２でＮｏ）、ステップＳ４４に進む。

ここで、温度センサ５０から受信した温度が所定の閾値を下回った場合に送風量を減らすように設定されていれば（ステップＳ４４でＹｅｓ）、制御回路２１は、制御パラメータを変更して総風量を減らす（ステップＳ４５）。

一方、温度センサ５０から受信した温度が所定の閾値を下回っても送風量を減らさない場合、制御回路２１は、使用中の制御パラメータによる制御を継続させる。

以上が、送風装置４の制御回路２１の動作に関する説明である。なお、図１９の動作は一例であって、本実施形態に係る送風装置４の動作を限定するものではない。

（搭載例）
ここで、電子機器４００の内部に送風装置４を搭載する一例について図面を用いて説明する。図２０は、冷却対象１０１を実装する電子機器４００の内部に送風装置４を搭載する一例である。図２０の例では、第３の実施形態と同様に、送風装置４とデバイス１０２とが干渉しうる位置関係に配置されるものとする。

図２０の例では、温度センサ５０によって冷却対象１０１の温度を測定する。このとき、温度センサ５０は、冷却対象の表面や近傍、内部に配置すればよい。

図２０の構成によれば、冷却対象１０１の温度に応じて、送風装置４からの送風量を適切に設定することができる。冷却対象１０１の冷却が不十分な場合、送風装置４は、総風量をさらに増やす制御をして冷却対象１０１を適切な温度に冷却することができる。また、冷却対象１０１の温度が所定の閾値を下回った場合に送風量を減らす制御を行えば、冷却対象１０１を過剰に冷却することなく、消費電力を低減できる。

以上のように、本実施形態に係る送風装置によれば、冷却対象の温度を実測することによって、他の実施形態と比べてより自律的に送風装置からの風量を制御することができる。また、本実施形態に係る送風装置によれば、冷却対象の温度をモニターすることによって、デバイスを適切に冷却するため、過剰な消費電力を抑制することができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１、２、３、４ 送風装置
１０ 送風部
１１ ファン
２０ ファン制御部
２１ 制御回路
２２ 記憶装置
２３ 第１のインターフェース
２４ 第２のインターフェース
２５ 第３のインターフェース
２６ 第４のインターフェース
３０ コネクタ
４０ 振動センサ
５０ 温度センサ
１００、３００、４００ 電子機器
１０１ 冷却対象
１０２ デバイス

Claims (10)

1. 複数のファンを含む送風部と、
   前記送風部からの総風量に対応させて設定された複数の前記ファンの制御条件の組み合わせを含む制御パラメータを記憶する記憶装置と、
   所望の総風量に対応する前記制御パラメータを選択して複数の前記ファンを制御する制御回路とを備え、
   前記記憶装置は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一組において干渉を低減させる前記制御条件の組み合わせを含む前記制御パラメータを記憶する送風装置。
2. 前記記憶装置は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一組に関して、単位時間当たりの回転数が互いに異なる値に設定される前記制御条件の組み合わせを含む前記制御パラメータを記憶する請求項１に記載の送風装置。
3. 前記記憶装置は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一組に関して、単位時間当たりの回転数が所定間隔よりも離れるように設定される前記制御条件の組み合わせを含む前記制御パラメータを記憶する請求項１または２に記載の送風装置。
4. 前記記憶装置は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一組に関して、単位時間当たりの回転数の整数部が互いに素である整数値に設定される前記制御条件の組み合わせを含む前記制御パラメータを記憶する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送風装置。
5. 振動センサをさらに備え、
   前記制御回路は、
   前記振動センサから出力される検出信号に応じて前記制御パラメータを選択する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送風装置。
6. 温度センサをさらに備え、
   前記制御回路は、
   前記温度センサによって測定される温度に応じて前記制御パラメータを選択する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送風装置。
7. 前記送風部は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一つの物理的特性が異なるものを含む請求項１乃至６のいずれか一項に記載の送風装置。
8. 前記送風部は、
   複数の前記ファンのうち少なくとも一つの回転方向が他の前記ファンとは異なる方向に回転するものを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載の送風装置。
9. 前記記憶装置は、
   前記制御条件として電圧値を含む前記制御パラメータを記憶する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の送風装置。
10. 前記記憶装置は、
    前記制御条件としてパルス波のデューティー比を含む前記制御パラメータを記憶する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の送風装置。

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