JP7046238B1

JP7046238B1 - 電子機器

Info

Publication number: JP7046238B1
Application number: JP2021004526A
Authority: JP
Inventors: 厚喜中村; 顕範内野
Original assignee: Lenovo Singapore Pte Ltd
Current assignee: Lenovo Singapore Pte Ltd
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: JP2022109156A

Abstract

【課題】ファン装置のノイズを低減することができる電子機器を提供する。【解決手段】電子機器は、筐体と、ファン装置と、第１のレゾネータと、第２のレゾネータと、筐体内での検出温度に基づいて、第１及び第２の回転数のうちから一方の回転数を選択し、該選択した一方の回転数で前記モータ部を駆動制御する制御部と、を備える。第１のレゾネータは、前記インペラ部が前記第１の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成され、第２のレゾネータは、前記インペラ部が前記第２の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、ファン装置を備える電子機器に関する。

ノート型ＰＣ等のような電子機器は、筐体の内部にＣＰＵ等の電子部品から発せられた熱を外部に排気するためのファン装置を搭載した構成がある。ファン装置は、特定の周波数成分に突出したノイズレベルが現れる離散周波数音（ＤＴＮ：Discrete Tone Noise）が発生する場合がある。そこで、ファン筐体内の空気通路にレゾネータを接続し、ファン装置の離散周波数音を低減することが行われている（例えば特許文献１～５参照）。

米国特許出願公開第２０１８／０１３５６５４号明細書特開２０１１－１４９３８０号公報中国特許出願公開第１０３８３５９９９号明細書中国特許出願公開第１０５５２６１９３号明細書特開２０１７－１１８０１８号公報

上記のようなファン装置は、電子機器の筐体内の各部の検出温度により、複数の回転数で駆動制御される場合がある。これにより、例えば筐体内の温度が上昇した場合はファン装置の回転数を増大させて冷却能力を向上させることができる。また、例えば筐体内の温度が低下した場合はファン装置の回転数を低減させてノイズを低減させることができる。

他方、ファン装置が複数の回転数で駆動制御される構成では、各回転数でノイズのピーク周波数が異なる。このため、上記従来技術のレゾネータでは、選択された回転数によってはノイズの低減効果が限定的となり、回転数によってファン装置が大きな騒音を発生する懸念がある。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、ファン装置のノイズを低減することができる電子機器を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る電子機器は、筐体と、インペラ部と、該インペラ部を回転させるモータ部と、外面に空気取込口及び空気吐出口が開口形成され、内部に空気通路が設けられたファン筐体と、を有し、前記筐体内に搭載されたファン装置と、前記ファン筐体に設けられた第１の空洞部と、該第１の空洞部と前記空気通路との間を連通する第１の連通路と、を有する第１のレゾネータと、前記ファン筐体に設けられた第２の空洞部と、該第２の空洞部と前記空気通路との間を連通する第２の連通路と、を有する第２のレゾネータと、前記筐体内での検出温度に基づいて、少なくとも第１及び第２の回転数のうちから一方の回転数を選択し、該選択した一方の回転数で前記モータ部を駆動制御する制御部と、を備え、前記第１のレゾネータは、前記インペラ部が前記第１の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成され、前記第２のレゾネータは、前記インペラ部が前記第２の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成されている。

本発明の上記態様によれば、ファン装置のノイズを低減することができる。

図１は、一実施形態に係るファン装置を備えた電子機器の平面図である。図２は、筐体の内部構造を模式的に示す底面図である。図３は、ファン装置の斜視図である。図４は、ファン装置の平面断面図である。図５Ａは、ファン装置が第１の回転数で駆動されている場合のノイズの大きさ及び周波数と、レゾネータによるノイズ低減効果とを示すグラフである。図５Ｂは、ファン装置が第２の回転数で駆動されている場合のノイズの大きさ及び周波数と、レゾネータによるノイズ低減効果とを示すグラフである。図６は、変形例に係るファン装置の平面断面図である。

以下、本発明に係る電子機器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係るファン装置１０を備えた電子機器１２の平面図である。本実施形態では、ノート型ＰＣである電子機器１２を例示するが、電子機器はノート型ＰＣ以外、例えばタブレット型ＰＣ、デスクトップ型ＰＣ、ゲーム機等でもよい。

図１に示すように、電子機器１２は、キーボード装置１３を搭載した筐体１４と、ディスプレイ１６を搭載したディスプレイ筐体１８とを備える。ディスプレイ筐体１８は、筐体１４の後端部に対して左右一対のヒンジ２０，２０を介して回動可能に連結されている。ディスプレイ筐体１８は、ヒンジ２０を通過した図示しない配線によって筐体１４と電気的に接続されている。ディスプレイ１６は、例えば液晶ディスプレイである。

以下、筐体１４及びこれに搭載された各要素について、図１に示すように開いた状態のディスプレイ１６を正面から視認する方向を基準とし、手前側を前、奥側を後、厚み方向を上下、幅方向を左右と呼んで説明することもある。

図２は、筐体１４の内部構造を模式的に示す底面図である。図２は、筐体１４の底板を取り外し、筐体１４内を下から見た図であり、ファン装置１０のみを底面断面図で図示している。図２は、筐体１４内での制御系統を示すブロック図も併せて図示している。

図２に示すように、筐体１４の内部には、マザーボード２２と、熱拡散プレート２４と、ヒートパイプ２６と、ファン装置１０とが収容されている。

マザーボード２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２８の他、グラフィックチップ、メモリ、通信モジュール等の各種電子部品が実装されたプリント基板である。ＣＰＵ２８は、電子機器１２の主たる制御や処理に関する演算を行う中央処理装置である。

本実施形態のＣＰＵ２８は、ファン装置１０の駆動を制御する制御部２８Ａの機能を含む。図２では、制御部２８ＡはＣＰＵ２８との間に実線で示す信号線で接続したように図示しているが、実際の制御部２８ＡはＣＰＵ２８にプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現されるとよい。制御部２８Ａは、ＣＰＵ２８とは別のＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

熱拡散プレート２４は、マザーボード２２のＣＰＵ２８等の実装面と対向配置され、実装面の大部分を覆うプレート状部材である。熱拡散プレート２４は、例えば銅やアルミニウム等の導電性を有し、且つ高い熱伝導率を有する金属板で形成されている。熱拡散プレート２４は、マザーボード２２に実装されたＣＰＵ２８等の電子部品発生する熱を吸熱し、この熱を面内方向に拡散するヒートスプレッダである。

ヒートパイプ２６は、例えば両端部を接合して内側に密閉空間を形成した金属管を潰した構成であり、その密閉空間内に封入した作動流体の相変化を利用して熱を高効率に輸送可能な熱輸送装置である。ヒートパイプ２６の第１端部２６ａは、銅やアルミニウム等で形成された受熱板３０を介してＣＰＵ２８の頂面と熱伝達可能に接続される。つまりＣＰＵ２８は、その頂面上に順に、受熱板３０、ヒートパイプ２６、熱拡散プレート２４が積層される。ヒートパイプ２６の第２端部２６ｂは、ファン装置１０の空気吐出口３２を横切るように設けられた冷却フィン３４と接合される。受熱板３０は、３方に突出した板ばね３０ａによってＣＰＵ２８に押し付けられている。

図３は、ファン装置１０の斜視図である。図４は、ファン装置１０の平面断面図である。

図２～図４に示すように、ファン装置１０は、ファン筐体３６と、モータ部３８と、回転軸４０と、インペラ部４２と、レゾネータ４４，４５とを有する。ファン装置１０は、回転軸４０の外周面に設けたインペラ部４２をモータ部３８によって回転させる遠心ファンである。レゾネータ４４，４５は、ファン装置１０のノイズを低減するためのものである。

先ず、ファン装置１０の基本的な構成を説明する。ファン筐体３６は、モータ部３８、回転軸４０及びインペラ部４２を収納する。ファン筐体３６は、回転軸４０の軸方向で一方側に設けられた第１カバー板４６と、回転軸４０の軸方向で他方側に設けられた第２カバー板４７と、第１カバー板４６と第２カバー板４７との間で起立した側壁部材４８とを有する。ファン筐体３６は、外面に空気吐出口３２及び空気取込口５０ａ，５０ｂが形成され、内部に空気通路５２が形成されている。

第１カバー板４６及び第２カバー板４７は、一側面が円弧状に形成され、他の３側面が略直線状に形成された薄板である。側壁部材４８は、第１カバー板４６及び第２カバー板４７の外形に沿って延在した上下方向の壁板であり、空気吐出口３２を除いて第１カバー板４６と第２カバー板４７との間を塞いでいる。

側壁部材４８は、円弧状板部４８ａと、下流側壁部４８ｂと、上流側壁部４８ｃとで構成されている。円弧状板部４８ａは、インペラ部４２の外周を囲むように湾曲している。下流側壁部４８ｂは、空気通路５２での空気の流通方向で円弧状板部４８ａの下流側（吐出側）に設けられている。上流側壁部４８ｃは、空気通路５２での空気の流通方向で円弧状板部４８ａの上流側に設けられている。上流側壁部４８ｃは、ファン筐体３６の外壁を構成する外壁板５４から空気通路５２内に張り出すように設けられたブロック部５８に形成されている。上流側壁部４８ｃは、空気吐出口３２に近接した空気通路５２の上流側部分の流路幅を狭めている。外壁板５４は、円弧状板部４８ａの端部から略左右方向に沿って延在している。

上流側壁部４８ｃは、第１壁部５６ａと、第２壁部５６ｂとで構成されている。第１壁部５６ａは、円弧状の壁部である。第１壁部５６ａは、インペラ部４２の外形に沿うように、円弧状板部４８ａと同様な曲率で湾曲している。第２壁部５６ｂは、第１壁部５６ａの上流側端部から外壁板５４側、つまりインペラ部４２から離間する方向へと折れ曲がるように設けられている。第２壁部５６ｂは、空気吐出口３２の一壁面を形成している。第２壁部５６ｂは、空気通路５２の最上流部分の通路幅を絞り、インペラ部４２による空気の加圧を開始させる部分である。

空気吐出口３２は、上流側壁部４８ｃの第２壁部５６ｂと下流側壁部４８ｂとの間の間隙に形成されている。空気吐出口３２は、２か所以上に設けられてもよい。空気取込口５０ａは、第１カバー板４６の中心に形成された円形の開口部であり、で回転軸４０及びインペラ部４２の基端側部分を露出させている。空気取込口５０ｂは、円弧状の長孔であり、第２カバー板４７の回転軸４０に近接した中心付近に形成されている。空気取込口５０ａ，５０ｂは、インペラ部４２の回転によって外部の空気を空気通路５２へと取り込むものである。空気取込口５０ａ，５０ｂは、いずれか一方のみを設けてもよい。

空気通路５２は、インペラ部４２の回転によって空気取込口５０ａ，５０ｂからファン筐体３６内に取り込まれた空気を空気吐出口３２まで流通させるダクトである。空気通路５２は、第１カバー板４６、第２カバー板４７、側壁部材４８及び回転軸４０で囲まれた部分に形成されている。つまり、第１カバー板４６、第２カバー板４７、側壁部材４８（及び回転軸４０）が空気通路５２を形成する壁部である。空気通路５２は、インペラ部４２の回転によって空気を送風可能な一巻きの渦巻き形状を成した流路である。

図２に示すように、ファン装置１０は、制御部２８Ａによって駆動制御される。制御部２８Ａは、複数の温度センサＴ１，Ｔ２で得られる筐体１４内の各部の温度の測定結果に基づき、モータ部３８を駆動制御し、これによりインペラ部４２の回転数を制御する。温度センサＴ１は、例えばＣＰＵ２８付近での筐体１４の温度を検出する。温度センサＴ２は、例えば冷却フィン３４付近での筐体１４の温度を検出する。

表１は、温度センサＴ１，Ｔ２による検出温度（℃）と、ファン装置１０の回転数（rpm）との関係を例示する表である。表１に示す表データは、例えば制御部２８Ａに内蔵されたメモリ或いは別のメモリに記憶されている。表１に示すように、制御部２８Ａは、例えば温度センサＴ１，Ｔ２の検出温度に基づき、モータ部３８を２つの回転数から選択した一方の回転数で制御する。

制御部２８Ａは、例えば温度センサＴ１の検出温度が５０（℃）以上であるか、又は温度センサＴ２の検出温度が６０（℃）以上である場合に、モータ部３８を５０００（rpm）で駆動制御する。また制御部２８Ａは、例えば温度センサＴ１の検出温度が３０（℃）から５０（℃）の範囲にあるか、又は温度センサＴ２の検出温度が４０（℃）から６０（℃）の範囲にある場合に、モータ部３８を３５００（rpm）で駆動制御する。さらに制御部２８Ａは、例えば温度センサＴ１の検出温度が３０（℃）未満であるか、又は温度センサＴ２の検出温度が４０（℃）未満である場合に、ファン装置１０を停止する。

なお、制御部２８Ａは、温度センサＴ１及び温度センサＴ２のいずれもが表１の閾値を満たした際に、回転数を所定の回転数に設定するように制御としてもよい。すなわち制御部２８Ａは、例えば温度センサＴ１の検出温度が５０（℃）以上であり、且つ温度センサＴ２の検出温度が６０（℃）以上である場合に、モータ部３８を５０００（rpm）で駆動制御するようにしてもよい。

表１に示すように、電子機器１２は、温度センサＴ１，Ｔ２以外の温度センサを搭載していてもよい。すなわち表１に示すように、電子機器１２は、１又は２以上の温度センサＴｎをさらに用いてファン装置１０を駆動制御してもよい。また、例えばファン装置１０は２つの回転数ではなく、３以上の回転数、例えば５０００、４５００、３５００（rpm）のいずれかで選択的に駆動制御されてもよい。

次に、レゾネータ４４，４５の構成を説明する。図４に示すように、レゾネータ４４，４５は、ファン筐体３６の側壁部材４８に形成されている。具体的には、レゾネータ４４，４５は、上流側壁部４８ｃと外壁板５４との間に設けられた樹脂製のブロック部５８に形成されている。

一方のレゾネータ４４は、上流側壁部４８ｃの第２壁部５６ｂを貫通する連通路４４ａと、連通路４４ａを介して空気通路５２と連通した空洞部４４ｂとを有する。連通路４４ａは、第１壁部５６ａから第２壁部５６ｂへの屈曲点と、空気吐出口３２との間となる位置で第２壁部５６ｂに設けられた孔部である。空洞部４４ｂは、所定の容積を有する空間であり、連通路４４ａのみで外部と連通している。

他方のレゾネータ４５は、上流側壁部４８ｃの第２壁部５６ｂを貫通する連通路４５ａと、連通路４５ａを介して空気通路５２と連通した空洞部４５ｂとを有する。レゾネータ４５は、レゾネータ４４と隣接している。連通路４５ａは、第１壁部５６ａから第２壁部５６ｂへの屈曲点と、レゾネータ４４の連通路４４ａとの間となる位置で第２壁部５６ｂに設けられた孔部である。空洞部４５ｂは、所定の容積を有する空間であり、連通路４５ａのみで外部と連通している。

レゾネータ４４，４５は、ファン筐体３６の上下方向厚み、つまり第１カバー板４６と第２カバー板４７との間の間隔の範囲内に収まる形状を有する。レゾネータ４４，４５は、側壁部材４８の上流側壁部４８ｃ以外の位置に配置してもよい。

このようなレゾネータ４４，４５は、ヘルムホルツの共鳴原理を応用して連通路４４ａ，４５ａで生じる空気の摩擦で音を吸収し、所定周波数成分を低減させる消音器であり、ファン装置１０のノイズを低減するものである。本実施形態の場合、レゾネータ４４は、ファン装置１０が回転数３５００（rpm）（以下、「低回転数」とも呼ぶ）で駆動されている場合のノイズのピーク周波数を低減するために最適化されている。レゾネータ４５は、ファン装置１０が回転数５０００（rpm）（以下、「高回転数」とも呼ぶ）で駆動されている場合のノイズのピーク周波数を低減するために最適化されている。

一般的にヘルムホルツの共鳴原理を利用したレゾネータ４４，４５の固有振動数（共鳴周波数）ω０は、音速をＣ（m/s）、連通路４４ａ，４５ａの断面積をＳ（m^２）、空洞部４４ｂ，４５ｂの容積をＶ（m^３）、連通路４４ａ，４５ａの長さをＬ（m）と称すると、次式（１）によって求められる。

ω０＝Ｃ×√（Ｓ／（Ｖ×Ｌ））・・・（１）

そこで、レゾネータ４４，４５は、例えばファン装置１０が各回転数（低回転数、高回転数）でそれぞれ駆動されているときのノイズの周波数を実験による測定又はシミュレーションで取得し、それぞれのピーク周波数を低減するための寸法を上記式（１）で算出して各寸法を設計するとよい。

図５Ａは、ファン装置１０が低回転数で駆動されている場合のノイズの大きさ及び周波数と、レゾネータ４４によるノイズ低減効果とを示すグラフである。図５Ｂは、ファン装置１０が高回転数で駆動されている場合のノイズの大きさ及び周波数と、レゾネータ４５によるノイズ低減効果とを示すグラフである。図５Ａ及び図５Ｂは、縦軸がノイズの大きさ（dB/20μPa）、横軸が周波数（Hz）を示している。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、破線のグラフはレゾネータ４４，４５を有していない構成でのノイズの特性を示し、実線のグラフはレゾネータ４４，４５を有した構成でのノイズの特性を示している。

図５Ａに示すように、一方のレゾネータ４４は、式（１）の固有振動数ω０が低回転数でのノイズのピーク周波数Ｐ１に対応する形状で設計されている。図５Ｂに示すように、他方のレゾネータ４５は、式（１）の固有振動数ω０が高回転数でのノイズのピーク周波数Ｐ２に対応する形状で設計されている。その結果、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ファン装置１０は、レゾネータ４４，４５を有することで、低回転数及び高回転数のいずれでもほとんどの周波数のノイズを低減する効果があり、特にそれぞれのピーク周波数Ｐ１，Ｐ２のノイズを大幅に低減できる。

図６は、変形例に係るファン装置１０Ａの平面断面図である。

図６に示すファン装置１０Ａは、図４に示すファン装置１０と比べて、レゾネータ４５の配置が異なる。レゾネータ４５は、連通路４５ａが上流側壁部４８ｃの第１壁部５６ａに開口している点が図４の構成例と相違する。なお、レゾネータ４４は、連通路４４ａが第２壁部５６ｂに開口しており、図４の構成例と同様である。

以上のように、本実施形態の電子機器１２は、制御部２８Ａによって複数の回転数で駆動制御されるファン装置１０と、ファン装置１０に設けられた複数のレゾネータ４４，４５とを備える。ここで、一方のレゾネータ４４は、ファン装置１０が第１の回転数（低回転数）で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成されている。また、他方のレゾネータ４５は、ファン装置１０が第２の回転数（高回転数）で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成されている。

従って、電子機器１２は、筐体１４内の温度状態に応じて設定されるファン装置１０の各回転数でのノイズを各レゾネータ４４，４５で効果的に低減することができる。つまり電子機器１２は、ファン装置１０の駆動回転数に関わらず、そのノイズを効率よく低減できる。

なお、上記した通り、ファン装置１０の駆動回転数は、３以上でもよい。この場合、各回転数で最もノイズが大きな２つの回転数のピーク周波数に適したレゾネータ４４，４５を設計するとよい。レゾネータは、ファン装置１０の駆動回転数と同数設置してもよく、例えば３つ以上設けてもよい。また、レゾネータは、複数が１組で１つの回転数に対応させた構成としてもよい。例えばレゾネータ４４を２つ設け、これら２つのレゾネータ４４で低回転数のピークノイズを低減する構成としてもよい。さらに例えばレゾネータ４４を２つ設け、それぞれが低回転数の２つのピーク周波数（例えば図５Ａ中の５２５０（Hz）付近、及び５４５０（Hz）付近）に対応した構成としてもよい。

図４に示すファン装置１０では、レゾネータ４４，４５は、空気通路５２での空気の流通方向で上流側に設けられた上流側壁部４８ｃの第２壁部５６ｂに面している。このためファン装置１０は、インペラ部４２によって送り出される空気が直接的に連通路４４ａ，４５ａに衝突することを抑制できる。その結果、ファン装置１０は、連通路４４ａ，４５ａが送風される空気の障害物となって風量が変動し、或いはこの衝突による騒音を生じることを抑制できる。その結果、ファン装置１０は、レゾネータ４４，４５による消音効果が一層向上し、さらに風量の変動も一層抑制できる。

一方、図６に示すファン装置１０Ａでは、レゾネータ４４，４５は、一方のレゾネータ４５が上流側壁部４８ｃの第１壁部５６ａに面している。しかしながら、この場合でも、インペラ部４２によって送り出される空気が直接的に連通路４４ａに衝突することで生じる問題は実際上僅かである。このためファン装置１０Ａは、例えば第２壁部５６ｂに２つの連通路４４ａ，４５ａを開口させるスペースがないとき等に有効に用いることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０，１０Ａファン装置
１２電子機器
１４筐体
２８Ａ制御部
３６ファン筐体
３８モータ部
４２インペラ部
４４，４５レゾネータ
４４ａ，４５ａ連通路
４４ｂ，４５ｂ空洞部
５２空気通路

Claims

電子機器であって、
筐体と、
インペラ部と、該インペラ部を回転させるモータ部と、外面に空気取込口及び空気吐出口が開口形成され、内部に空気通路が設けられたファン筐体と、を有し、前記筐体内に搭載されたファン装置と、
前記ファン筐体に設けられた第１の空洞部と、該第１の空洞部と前記空気通路との間を連通する第１の連通路と、を有する第１のレゾネータと、
前記ファン筐体に設けられた第２の空洞部と、該第２の空洞部と前記空気通路との間を連通する第２の連通路と、を有する第２のレゾネータと、
前記筐体内での検出温度に基づいて、少なくとも第１及び第２の回転数のうちから一方の回転数を選択し、該選択した一方の回転数で前記モータ部を駆動制御する制御部と、
を備え、
前記第１のレゾネータは、前記インペラ部が前記第１の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成され、
前記第２のレゾネータは、前記インペラ部が前記第２の回転数で回転制御されている場合のノイズのピーク周波数を低減するように形成されており、
前記ファン筐体は、
前記インペラ部の回転軸の軸方向で一方側に設けられた第１カバー板と、
前記回転軸の軸方向で他方側に設けられた第２カバー板と、
前記第１カバー板と前記第２カバー板との間で起立した側壁部材と、
を有し、
前記側壁部材は、
前記インペラ部を囲むように円弧状に形成された円弧状板部と、
前記空気通路での空気の流通方向で前記円弧状板部の下流側に設けられた下流側壁部と、
前記空気通路での空気の流通方向で前記円弧状板部の上流側に設けられ、前記下流側壁部との間に前記空気吐出口を形成する上流側壁部と、
を有し、
前記空気取込口は、前記第１カバー板及び前記第２カバー板の少なくとも一方に形成され、
前記空気吐出口は、前記下流側壁部と前記上流側壁部との間の間隙に形成され、
前記第１の連通路及び前記第２の連通路は、前記上流側壁部に形成されており、
前記上流側壁部は、
前記インペラ部の外形に沿うように円弧状に形成された第１壁部と、
前記インペラ部から離間する方向へと前記第１壁部から折れ曲がるように設けられ、前記空気吐出口の一壁面を形成する第２壁部と、
を有し、
前記第１の連通路及び前記第２の連通路は、前記第２壁部に形成されている
ことを特徴とする電子機器。