KR20080088420A - 팬 제어 장치를 포함하는 팬 시스템 및 팬 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 팬 시스템은 하우징에 부착된 팬과 상기 팬을 구동하도록 구성된 DC 모터를 포함한다. 팬 제어 장치는 상기 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변동하도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

전압 결정 기구, 전압 제어 회로, 팬 제어 장치

Description

팬 제어 장치를 포함하는 팬 시스템 및 팬 제어 방법{FAN SYSTEM CONTAINING FAN CONTROL APPARATUS AND FAN CONTROL METHOD}

본 발명은 팬(fan) 제어 장치를 포함하는 팬 시스템과 팬을 제어하는 팬 제어 방법에 관한 것이다.

서버와 같은 컴퓨터 기기는 일반적으로 쿨링 팬이 설치된다. 팬의 회전은 컴퓨터 기기의 하우징의 진동 원인이 된다. 이러한 진동은 컴퓨터 기기에서 고장의 원인이 될 수 있으므로, 바람직하지 않다. 따라서, 하우징의 진동을 억제하기 위한 기술이 요구되고 있다.

한편, 팬의 회전은 때때로 진동 소음 및 바람 소음을 발생시킨다. 이러한 소음은 팬 주위에 있는 사람들에게 불쾌감을 줄 수 있다. 상기 팬을 위한 또 다른 요구 조건은 팬의 소음으로 인해 발생하는 이러한 불쾌감을 저감하는 것이다.

상기 내용과 관련하여, 불쾌감을 저감하기 위한 기술이 제 1 내지 제 3 특허문헌(일본국 특허공개 2005-76540, 일본국 특허공개 평9-212044, 일본국 특허공개 평5-221227)에 개시되어 있다. 즉, 제 1 특허문헌에는 방열 팬의 풍량을 파동 특성 1/f로 제어하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 제 2 특허문헌에는 팬의 입력 전 압을 1/f 파동의 주기 성분에 의거하여 제어되는 방열 팬을 갖는 화상 장치가 개시되어 있다. 또한, 제 3 특허문헌에는 블로어(blower) 모터로 출력되는 전압을 결정하는 기준 블로어 결정부, 상기 기준 블로어 결정부에 의거하여 결정되는 기준 블로어 전압보다 낮은 블로어 전압을 결정하는 저블로어 결정부, 저블로어 전압으로 파동 폭을 부여하는 파동 폭 공급부가 구비되는 공조 장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기의 특허문헌들에는 하우징의 진동을 억제하는 방법에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다. 따라서, 본 발명의 목적은 팬 제어 장치를 포함하는 팬 시스템 및 하우징 진동을 억제할 수 있는 팬 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 팬 시스템은 하우징에 부착된 팬을 포함하는 팬 시스템, 팬을 구동하도록 구성된 DC 모터, 및 특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변동하도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 팬 제어 방법은 DC 모터에 의해 하우징에 부착된 팬을 구동하는 단계, 및 특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변화하도록 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 하우징의 진동을 억제할 수 있는 팬 제어 장치 및 팬 제어 방법을 제공할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 팬(fan)과 팬 제어 장치를 사용하는 팬 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다. 팬 시스템은 팬 제어 장치(1), DC 모터(2), 팬 제어 장치(1)에 의해 제어되는 팬(3)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 팬(3)은 DC 모터에 연결되고, DC 모터(2)의 구동에 의해 회전한다. 제 1 실시예에 따른 팬 제어 장치(1)는 펄스 형태로 DC 모터(2)에 전압을 인가하고, 팬(3)의 회전 속도를 제어하기 위해 시간적으로 인가되는 전압량을 제어한다.

팬(3)은 서버 하우징(도시 생략)과 일체적으로 형성될 수도 있고, 분리되어 형성될 수도 있다. 팬(3)의 회전은 서버 하우징을 통하여 전파되는 진동을 발생시키고, 하우징을 진동시킨다. 제 1 실시예와 같이, 팬(3)이 DC 모터(2)에 의해 회전한다면, 팬(3)의 회전 속도는 DC 모터(2)에 인가되는 전압에 비례한다.

팬 제어 장치는 전압 결정 기구(11)와 전압 제어 회로(또는 제어 유닛)(12)를 포함한다. 전압 결정 기구(11)는 입력된 회전 속도 명령에 의거하여 DC 모터(2)에 인가되는 전압과 펄스 폭을 결정하고, 전압 제어 회로(12)에 통지하는 기능을 행한다. 예를 들면, 전압과 팬(3)의 회전 속도 사이의 대응 관계를 미리 구하고, 이 대응 관계를 참조함으로써 전압을 결정할 수 있다. 또한, 예를 들면 CPU, ROM과 같은 디바이스에 설치되는 프로그램에 의해 구성될 수도 있다. 전압 제어 회로(12)는 전원에 접속되고, 전원으로부터 공급되는 정격(定格) 전압은 전압 결정 기구(11)에 의해 통지된 전압으로 전환되며, DC 모터(2)에 인가된다. 이때, 전압은 전압 결정 기구(11)에 의해 통지된 펄스 폭에 의거하여 DC 모터(2)에 인가된다.

다음으로, 제 1 실시예에 따른 팬 제어 장치(1)를 포함하는 팬 시스템의 작동에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 회전 속도 명령을 팬 제어 장치(1)에 입력한다. 회전 속도 명령은 특정 회전 속도를 나타내는 데이터이다. 특정 회전 속도는 팬(3)에 요구되는 회전 속도를 나타내며, 온도 센서(도시 생략) 또는 다른 데이터에 의해 검출되는 하우징의 온도 측정 결과 및 키보드(도시 생략)와 같은 입력 유닛으로 사용자에 의해 입력된 데이터에 의거하여 팬 제어 장치(1)에 입력된다. 이러한 특정 회전 속도 생성은 도시하지 않았지만, 예를 들면 서버에 설치된 컴퓨터 프로그램에 의해 실현될 수 있다.

다음으로, 전압 결정 기구(11)는 DC 모터(2)에 인가된 펄스의 펄스 폭과 전압을 결정하기 위해, 회전 속도 명령에 대응하여 연산을 행한다. 구체적으로, 회전 속도 명령에 의해 지시되는 특정 회전 속도를 달성하기 위한 전압을 계산한다. 상기 전압은 기준 전압(V)이라고 할 수 있다. 전압 결정 기구(11)는 이 기준 전압(V)과 펄스 폭을 전압 제어 회로(12)에 통지한다. 전압 제어 회로(12)는 상기 기준 전압(V)과 펄스 폭에 의거하여 전원으로부터 공급된 정격 전압을 DC 모터(2)에 공급하기 위해 변환시킨다. 이에 따라, DC 모터(2)는 팬(3)을 회전하도록 구동된다. 이때, 전압 제어 회로(12)는, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 전압이 기준 전압(V)에 대하여 ±ΔV의 범위, 주기 T로 변동하도록, 각각의 펄스로 전압을 인가한다. 도 2a는 전압이 진폭 ΔV, 주기 T를 갖는 정현 파형(sinusoidal waveform)으로 진동하는 예를 나타내고 있다. 팬(3)의 회전 속도는 실질적으로 DC 모터(2) 에 인가되는 전압과 일치한다. 따라서, 팬(3)의 회전 속도는 상기 회전 속도가 특정 회전 속도에 대하여 양쪽에서 주기 T로 변동하는 거동을 나타낸다.

그런데, 팬(3)의 진동원은 DC 모터(2)의 토크(torque)를 고려할 수 있다. 상기 토크는 플레밍 좌수의 법칙(즉 F=iBL, 여기서 F는 토크, i는 전류, B는 자계, L은 전선 길이)에 따른 DC 모터(2)의 전선을 통하여 흐르는 전류(i)에 비례한다. DC 모터(2)의 전선을 통하여 흐르는 전류의 방향은 DC 모터(2)의 코일의 회전에 따라 시간적으로 변화한다. 도 2b는 도 2c에 도시한 바와 같이, DC 모터(2)에 인가되는 전압이 일정할 때, 전류(i)의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 인가되는 전압이 일정할 때, 전류의 주기는 일정(즉, Ti)하다. 반대로, DC 모터(2)에 인가되는 전압이 시간적으로 변화할 때, 전류(i)의 주기는 일정하지 않다. 전류(i)는 토크에 비례하기 때문에, 상기 토크도 일정한 주기를 갖지 않는다. 즉, 상기 토크가 복수의 주파수 성분으로 분산된다. 또한, 상기 토크의 피크 값은 복수의 주파수로의 분산을 통하여 감소된다. 따라서, 팬(3)의 진동 피크 값 또한 감소된다. 따라서, 서버에 설치되는 하드 디스크 드라이브와 같은 장치의 열화가 억제된다. 또한, 전류(i)의 주기 Ti는 DC 모터(2)에 인가되는 전압이 정현 파형을 가질 때, 더 불규칙한 형태로 제공된다. 따라서, DC 모터(2)에 인가되는 전압을 팬(3)의 진동이 더 넓은 주파수 범위에서 주파수 성분으로 분산되도록 정현 파형을 갖게 한다. 따라서, 장치의 열화를 더 효과적으로 억제할 수 있다.

도 3a 내지 3c는 팬(3)이 구동할 때 하우징의 진동량과 하우징의 진동 주파 수 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다. 각 도 3a 내지 3c에서, 실선은 비교예의 결과를 나타내고, 파선은 각각 제 1 내지 제 3 실시예의 결과를 나타낸다. 도 3a는 제 1 실시예의 결과를, 도 3b는 제 2 실시예의 결과를, 도 3c는 제 3 실시예의 결과를 나타낸다. 상기 비교예의 결과는, 팬의 회전 속도가 6000rpm으로 일정하게 되도록, DC 모터(2)에 일정 전압이 인가되는 경우의 결과를 나타낸다. 제 1 내지 제 3 실시예의 결과는, DC 모터(2)에 인가되는 전압이 정현 파형을 가질 경우의 결과이다. 제 1 실시예의 결과는 특정 회전 속도가 6000rpm (100Hz), 주기 T가 1.28초(128 회전), 및 진폭 ΔV이 기준 전압 V의 1%인 경우의 결과를 나타낸다. 제 2 실시예의 결과는 진폭 ΔV이 기준 전압 V의 3%인 경우의 결과를 나타내고, 제 3 실시예의 결과는 진폭 ΔV이 기준 전압 V의 5%인 경우의 결과를 나타낸다. 제 2 및 제 3 실시예에서, 진폭 ΔV 이외의 조건은 제 1 실시예와 동일하다. 상기 시뮬레이션에서, DC 모터(2)에 인가되는 전압의 시간 변화에 의거하여, 도 2b에 도시한 바와 같이 DC 모터(2)의 전선을 통하여 흐르는 전류의 시간 변화가 산출된다. 전류의 시간 변화는 각 주파수 성분에서 토크를 계산하도록 푸리에 변환된다. 상술한 바와 같이, 토크는 하우징의 진동량으로서 파악될 수 있다. 따라서, 비교예에서 토크의 피크 값을 "1"로 하고, 상기 제 1 내지 제 3 실시예에서 토크를 0과 1 사이의 값으로 정규화함으로써 하우징의 진동이 결정된다.

도 3a 내지 3c에 도시한 바와 같이, 비교예에서는 팬의 회전 속도와 일치하는 100Hz에서 현저한 진동이 확인된다. 반대로, 제 1 내지 제 3 실시예에서는 넓은 범위의 주파수 성분에서 진동이 관찰되지만, 진동 피크 값은 비교예와 대조적으 로 억제된다. 즉, DC 모터(2)에 인가되는 전압을 변동시킴으로써, 하우징의 진동량은 넓은 주파수 성분으로 분산되고, 진동량의 피크 값은 낮아지는 것이 확인되었다.

다음으로, 진폭 ΔV이 변경됐을 경우의 결과를 설명한다. 진폭 ΔV이 1%(제 1 실시예)에서 3%(제 2 실시예)까지 증가할 경우, 진동은 피크 값을 저감하기 위해 더 넓은 주파수 범위로 분산된다. 즉, 진동 에너지는 넓은 주파수 범위에 분포된다. 그러나, 진폭 ΔV을 3%에서 5%(제 3 실시예)로 증가시켜도, 진동 분산 및 피크 값 저감에 중요한 차이점이 관찰되지 않는다. 진폭 ΔV이 너무 넓어지면 팬 본래의 쿨링 효과는 악화되는 것을 알 수 있다. 따라서, 쿨링 효과와 진동 분산 효과의 관점에서, 진폭 ΔV은 0∼3%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서 회전 속도 명령이 입력되고, 전압 결정 기구(11)가 회전 속도 명령을 전압 명령으로 전환하는 예를 나타냈지만, 특정 회전 속도에 대응한 데이터가 입력된다면, 상기 특정 회전 속도를 나타내는 데이터를 반드시 입력할 필요는 없다. 예를 들어, 특정 회전 속도에 대응한 전압 데이터는 직접적으로 생성되어, 팬 제어 장치(1)에 입력될 수도 있다. 이 경우, 전압 결정 기구(11)는 회전 속도 명령에 의거한 전압 명령을 생성할 필요가 없고, 펄스폭을 결정하는 것만으로 충분하다. 만일 펄스 폭이 외부적으로 생성되어 팬 제어 장치(1)에 입력되면, 전압 제어 기구(11) 자체는 필요하지 않다.

본 발명에서는 상기 실시예들을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특허청구범위로 규정된 본 발명의 취지 및 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 변경할 수 있다는 것은 당업자에게 주지의 사실임을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬 제어 장치를 포함하는 팬 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.

도 2a는 진폭 ΔV이고 주기 T인 정현 파형(sinusoidal waveform)으로 전압 진동을 나타내는 도면.

도 2b는 DC 모터에 인가된 전압이 일정할 때, 전류 i의 시간 변화를 나타내는 그래프.

도 2c는 DC 모터에 인가된 전압을 나타내는 도면.

도 3a는 제 1 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 3b는 제 2 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도 3c는 제 3 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2 : DC 모터

3 : 팬

11 : 전압 결정 기구

12 : 전압 제어 회로

Claims (17)

1. 하우징에 부착되는 팬(fan);

   상기 팬을 구동하도록 구성된 DC 모터; 및

   특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 상기 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변동하도록 제어하는 제어 유닛을 포함하는 팬 제어 장치를 포함하는 팬 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은 상기 하우징의 진동 에너지가 주파수 범위에서 분산되도록 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은 상기 DC 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써, 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은 상기 특정 회전 속도를 진폭 중심으로 하는 정현 파형(sinusoidal waveform)으로 주기적으로 변동하도록, 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은 상기 팬의 회전 속도를 상기 특정 회전 속도에 대하여 ±3%의 범위로 제어하는 팬 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징은 서버용인 팬 시스템.
7. DC 모터에 의해 하우징에 부착된 팬을 구동하는 단계; 및

   특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 상기 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변동하도록 제어하는 단계를 포함하는 팬 제어 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제어하는 단계는, 상기 하우징의 진동 에너지가 주파수 범위에서 분산되도록 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함하는 팬 제어 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 제어하는 단계는, 상기 DC 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써, 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함하는 팬 제어 방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 제어하는 단계는, 상기 특정 회전 속도를 진폭 중심으로 하는 정현 파형으로 주기적으로 변동하도록, 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 단계를 포함하는 팬 제어 방법.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 제어하는 단계는, 상기 팬의 회전 속도를 상기 특정 회전 속도에 대하여 ±3%의 범위로 제어하는 단계를 포함하는 팬 제어 방법.
12. 특정 회전 속도에 대응한 데이터에 의거하여 팬의 회전 속도를 특정 회전 속도 근방에서 주기적으로 변동하도록 제어하는 제어 유닛을 포함하는 팬 제어 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 제어 유닛은 상기 팬이 부착되는 하우징의 진동 에너지가 주파수 범위에서 분산되도록 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 제어 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 제어 유닛은 상기 팬을 구동하는 DC 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써, 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 제어 장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 제어 유닛은 상기 특정 회전 속도를 진폭 중심으로 하는 정현 파형으로 주기적으로 변동하도록 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 제어 장치.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 제어 유닛은 상기 특정 회전 속도에 대하여 ±3%의 범위 내에서 상기 팬의 회전 속도를 제어하는 팬 제어 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 하우징은 서버용인 팬 제어 장치.

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