JP4567067B2 - コンピュータ・システムに搭載される放熱システムおよび放熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ・システムに搭載された放熱ファンを効率的に動作させる技術に関する。

図１２は、ノート型パーソナル・コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）に搭載されている従来の放熱ユニットの概要を示す分解斜視図である。放熱ユニット１０はハウジング１５の内部に遠心式の放熱ファン１７が取り付けられ、周辺にヒート・シンク１１、１３が設けられている。ハウジング１５とヒート・シンク１１、１３は熱伝導率のよい材料で形成され相互に熱的に結合されている。受熱部２３、２５は、電子デバイスからの熱を吸収する。ヒート・パイプ１９は受熱部２５、ハウジング１５の表面、およびヒート・シンク１３に結合されている。

ヒート・パイプ２１ａは受熱部２３とヒート・シンク１１に結合されている。ヒート・パイプ２１ｂは、受熱部２３、ハウジング１５の表面、およびヒート・シンク１３に結合されている。放熱ユニット１０がノートＰＣの筐体に取り付けられると、放熱ファン１７はハウジング１５の上面と下面に設けられた開口から吸気した筐体内部の空気を、ヒート・シンク１１、１３を経由して筐体の外部に排気し、ヒート・シンク１１、１３が受熱部２３、２５に接触する電子デバイスの熱を放熱する。さらに、放熱ファン１７が回転すると筐体内部には外気が流入し、受熱部２３、２５に接触していない電子デバイスの熱を空気流が拡散してヒート・シンク１１、１３から排出する。

特許文献１は、回路基板上の発熱部品から２本のヒート・パイプが２つの放熱フィンにそれぞれ熱を導く冷却装置を開示する。２つの放熱フィンは、その間に配置された一つのファンにより冷却される。特許文献２は、一つのファンでサーマル・ヘッドと電源との２つの発熱体を冷却するサーマル・プリンタを開示する。サーマル・プリンタは、ファンのエア・フローを電源に向ける電源冷却位置と、サーマル・ヘッドに向けるヘッド冷却位置との間で移動自在とされた可動フィンをファンに配置し、可動フィンの移動をサーマル・ヘッドの記録位置と待機位置との間の移動に連動させている。
特開２００１−２１７３６６号公報 特開２００３−２９１３８４号公報

放熱ユニット１０は、放熱ファン１７を回転させて筐体の内部を負圧にし、筐体の各所に形成された開口部から流入した空気を筐体に形成された排気口から排気することで、受熱部２３、２５に結合された電子デバイスおよびその他の電子デバイスから放熱する。この放熱システムでは、放熱の対象となる主要な電子デバイスに温度センサが取り付けられており、いずれかの温度センサが検出した温度が所定の値を超えると、放熱ファン１７の回転速度を上昇させて、いずれの電子デバイスの温度も限界値を超えないように制御している。そして、ヒート・シンク１１とヒート・シンク１３を通過する空気量の割合は、放熱ユニット１０内部の構造で決まり調整することはできない。

ところで、ノートＰＣに実装される電子デバイスの消費電力は、ノートＰＣが実行するプログラムの種類や提供している機能によって変化する。たとえば、受熱部２５で放熱される電子デバイスの発熱量が多くて受熱部２３で放熱される電子デバイスの発熱量が少ない場合やその逆の場合が発生する。そして、放熱ファン１７が現在の回転速度で、受熱部２３、２５に結合された電子デバイスを安全な温度に維持しながら放熱できる場合でも、いずれか一方の電子デバイスが所定値を越えたことにより放熱ファン１７の回転速度が上昇してしまい、結果として必要のない電子デバイスが過剰に放熱されて放熱ファン１７からの騒音の発生や消費電力のロスが生ずる。

そこで本発明の目的は、コンピュータ・システムに搭載される放熱効率のよい放熱システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、放熱ファンからの騒音を抑制することができる放熱システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、放熱ファンの省電力を実現した放熱システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような放熱システムを搭載したコンピュータ・システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような放熱システムに使用される放熱ユニットを提供することにある。さらに本発明の目的は、コンピュータ・システムにおける放熱効率のよい放熱方法を提供することにある。

本発明は、筐体の内部に設けた放熱ファンにより複数の電子デバイスから放熱する放熱システムに関する。各電子デバイスは温度センサにより温度が監視されており、いずれの電子デバイスもそれぞれに設定された所定の基準温度値を越えないように放熱ファンの回転速度が制御される。この放熱システムには、第１の電子デバイスと第２の電子デバイスから放熱する空気量の割合を調整する可動調整機構が設けられている。制御部は、温度センサが検出した温度に基づいて可動調整機構を制御する。

第１の電子デバイスと第２の電子デバイスのいずれか一方の温度が基準温度値に対して余裕があれば、可動調整機構を制御することで余裕のある方の電子デバイスに対する空気量を余裕のない方の電子デバイスに対する空気量として使用することで、放熱ファンの所定の回転速度により生成された空気量を有効に利用することができる。

放熱システムが複数のヒート・シンクを含む場合は、可動調整機構がそれぞれのヒート・シンクに対する空気量の割合を変更することで、放熱ファンの風量を効果的に利用することができる。放熱システムの一部を、複数のヒート・シンクと遠心式の放熱ファンと可動調整機構で形成された放熱ユニットで構成するようにしてもよい。そして可動調整機構を、放熱ファンの周囲を回動して各ヒート・シンクに供給される空気量の割合を制御するように構成してもよい。

ヒート・パイプとヒート・シンクの組からなる複数の放熱系を相互に独立させ、さらに可動調整機構がそれぞれのヒート・シンクに供給する空気量の割合を変更できるようにすると、各放熱系の放熱能力を制御することができるため、電子デバイスの発熱量に差が生じても放熱ファンの空気量を効率的に利用することができる。第１の電子デバイスと第２の電子デバイスにそれぞれ放熱ファンの動作状態を変更する基準温度値を設定することができる。そして制御部が第１の電子デバイスに設定された基準温度値と第１の温度センサが検出した温度値の差と、第２の電子デバイスに設定された基準温度値と第２の温度センサが検出した温度値の差に基づいて可動調整機構を制御すれば、第１の電子デバイスと第２の電子デバイスが温度上昇したときにほぼ同じタイミングで冷却ファンの回転速度の上昇を要求することになるので、従来のような過剰放熱による無駄がなくなる。

本発明にかかる放熱システムにおいては、放熱ファンが生成した空気量を有効に活用できるが、その空気量が電子デバイス全体に対して足りない場合は、放熱ファンの動作状態を放熱能力が増大するように制御することができる。プロセッサ、ビデオ・チップ、およびノース・ブリッジは負荷の変動が激しいため、これらを本発明にかかる放熱システムに適用すれば特に効率のよい放熱ができる。

本発明の他の態様にかかる放熱システムでは、可動調整機構として、第１の吸気口から流入する空気量を調整する第１のシャッターと、第２の吸気口から流入する空気量を調整する第２のシャッターとで構成することができる。そして制御部が、第１の温度センサと第２の温度センサが検出したそれぞれの温度に基づいてシャッターの位置を制御することで放熱ファンの風量を効率よく利用することができる。

本発明により、コンピュータ・システムに搭載される放熱効率のよい放熱システムを提供することができた。さらに本発明により、放熱ファンからの騒音を抑制することができる放熱システムを提供することができた。さらに本発明により、放熱ファンの省電力を実現した放熱システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような放熱システムを搭載したコンピュータ・システムを提供することができた。さらに本発明により、そのような放熱システムに使用される放熱ユニットを提供することができた。さらに本発明により、コンピュータ・システムにおける放熱効率のよい放熱方法を提供することができた。

図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１００を前方および後方からみた斜視図である。ノートＰＣ１００は、液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）１０２を保持するディスプレイ筐体１０１がシステム筐体１０５から開かれている状態になっている。システム筐体１０５には、キーボード１０４および光学ディスク・ドライブ（ＯＤＤ）１０３が取り付けられている。システム筐体１０５にはそれぞれルーバが形成された排気口１０６、１０７および吸気口１０８、１０９が形成されている。

図２は、ノートＰＣ１００の分解斜視図である。システム筐体１０５には、フレーム１１１、マザー・ボード１１３、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）１１７、バッテリィ・ユニット１１９などが実装されている。フレーム１１１はマグネシウム合金で形成された強度部材であり、本実施の形態にかかる放熱ユニット２００もこれに取り付けられている。マザー・ボード１１３には、中央処理装置（ＣＰＵ）１２１、ビデオ・チップ１２５、ノース・ブリッジ１２７、メイン・メモリ１２９、およびその他の半導体素子が実装されている。

図３は、放熱ユニット２００の外形を示す斜視図である。放熱ユニット２００は、ハウジング２１５、遠心式の放熱ファン２１３、ヒート・パイプ２０１、２０３、ヒート・シンク２０９、２１１、受熱部２０５、２０６、２０７を含んで構成されている。ハウジング２１５、ヒート・シンク２０９、２１１はそれぞれアルミニウムや銅などの熱伝導率のよい金属材料で形成されている。ハウジング２１５はヒート・シンク２０９およびヒート・シンク２１１に熱的に結合されている。

ヒート・シンク２０９、２１１は、金属材料と空気の接触面積を増大させて熱交換率を高めるために内部に複数の流路が形成されており、内部を通過する空気の温度が低いほど、また、空気量が多いほど通過する空気の温度に近づいて多量の熱を放散することができる。受熱部２０５はＣＰＵ１２１が生成した熱を吸収してヒート・パイプ２０１に伝達し、ヒート・パイプ２０１はその熱をヒート・シンク２０９に伝達する。受熱部２０７は、ビデオ・チップ１２５およびノース・ブリッジ１２７の熱を吸収してヒート・パイプ２０３に伝達し、ヒート・パイプ２０３はヒート・シンク２１１に伝達する。

放熱ユニット２００の一つの特徴として、受熱部２０５からの熱のほとんどはヒート・シンク２０９から放熱し、受熱部２０７からの熱のほとんどはヒート・シンク２１１から放熱するようにヒート・パイプ２０１、２０３、ハウジング２１５、およびヒート・シンク２０９、２１１の結合関係を構成した点にある。この特徴の機能については後に説明する。放熱ユニット２００がシステム筐体１０５の内部に取り付けられたときに、ヒート・シンク２０９は排気口１０６に位置が整合し、ヒート・シンク２１１は排気口１０７に位置が整合する。放熱ユニット２００は、ハウジング２１５の中に取り付けられた放熱ファン２１３が回転してハウジング２１５の上面と下面に形成された開口部から放熱ファンの軸方向に空気を吸引してヒート・シンク２０９、２１１から排気することにより熱をシステム筐体１０５の外部に放散する。

放熱ユニット２００は、受熱部２０５、２０７から受け取った熱だけでなく、システム筐体１０５の内部に収納された他の電子デバイスの熱も放熱する。システム筐体１０５には、吸気口１０８、１０９の他に、ネットワーク・ケーブル、ＵＳＢデバイス、および外部ディスプレイなどの端子やメモリ・カードの取り付け部などにも実質的に開口部が形成されている。放熱ファン２１３が回転するとシステム筐体１０５の内部が負圧になり、それらの開口部から空気が流入して生成された空気流が電子デバイスの熱を拡散し、排気口１０６、１０７を通じて排気されることで外部に熱を放散する。

図４は、放熱ユニット２００を裏側からみた分解斜視図である。放熱ユニット２００のハウジング２１５の蓋２１５ａが取り外され、内部に回転ドア２１７が取り付けられるときの様子が示されている。回転ドア２１７は、放熱ファン２１３の羽の先端部分を結んだ円周に沿う形状に加工されたステンレスや合成樹脂の薄板で形成されており、ステッピング・モータ２１９により放熱ファン２１３の中心軸を中心にして回動するように構成されている。ステッピング・モータ２１９から回転ドア２１７への動力伝達機構は歯車や摩擦式のローラを利用するなど周知の方式を採用することができる。また、回転ドア２１７をハウジング２１５の中で回転可能に支持する構造も同様に周知のものを採用することができる。

図５は、回転ドア２１７がハウジング２１５の内部に収納された様子を示す斜視図である。図５（Ａ）は、回転ドア２１７がヒート・シンク２０９の入り口を遮る位置まで回転して停止している状態を示す。図５（Ｂ）は、回転ドア２１７がヒート・シンク２１１の入り口を遮る位置まで回転して停止している状態を示す。放熱ユニット２００では、放熱ファン２１３が一定の回転速度で回転してヒート・シンク２０９、２１１に一定の空気量を供給しているときに、回転ドア２１７の回転角度を調整してヒート・シンク２０９とヒート・シンク２１１を通過する空気量の割合を変化させることができる。

ヒート・シンク２０９、２１１は、内部を通過する空気量が多いほど多量の熱が交換されて温度が下がるため、受熱部２０５、２０７に対する放熱能力が増大する。放熱ユニット２００は、放熱ファン２１３が一定の回転速度で回転するときに、回転ドア２１７の位置を制御することでヒート・シンク２０９、２１１からの放熱能力の割合を調整することができる。図１２に示した従来の放熱システムのように２本のヒート・パイプを２つのヒート・シンクにそれぞれ結合して２つのヒート・シンクの温度が等しくなるように制御する場合は、たとえヒート・シンク２０９、２１１に対する空気量の割合を調整しても受熱部に対する放熱能力に有位な差を設けることが困難であったが、放熱ユニット２００では、受熱部２０５、ヒート・パイプ２０１、およびヒート・シンク２０９で構成されるＣＰＵ放熱系と、受熱部２０７、ヒート・パイプ２０３、およびヒート・シンク２１１で構成されるビデオ・チップ放熱系を熱的に分離し、かつ、ヒート・シンク２０９、２１１に供給する空気量の割合を調整することで、受熱部２０５、２０７に対する放熱能力を制御することができる。

図６（Ａ）は、ノートＰＣ１００のシステム筐体１０５からフレーム、マザー・ボードおよびその他の電子デバイスを取り除いた状態を示す斜視図である。システム筐体１０５の側壁に形成された吸気口１０８、１０９には、システム筐体１０５の内側に図６（Ｂ）に示したシャッター２２１、２２２が取り付けられる。シャッター２２１、２２２はステッピング・モータ２２３、２２４により矢印Ａまたは矢印Ｂ方向にスライドして、吸気口１０８、１０９の開口率を調整することができる。たとえば、吸気口１０９の開口率を小さくして吸気口１０８の開口率を大きくすれば、吸気口１０８からはより多くの空気が流入してその近辺に配置された電子デバイスに対する放熱能力が増大する。

図７は、ノートＰＣ１００のシステム構成を示すブロック図である。ＣＰＵ１２１は、ＦＳＢ(Front Side Bus)１２２を通じてノース・ブリッジ１２７に接続されている。ノース・ブリッジ１２７は、メイン・メモリ１２９へのアクセス動作を制御するためのメモリ・コントローラ機能や、ＦＳＢ１２２とＰＣＩバス１２８との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータ・バッファ機能などを含んだ構成となっている。ノース・ブリッジ１２７には、メイン・メモリ１２９およびビデオ・チップ１２５が接続されている。ビデオ・チップ１２５には、ＬＣＤ１０２が接続されている。

ビデオ・チップ１２５は、ＣＰＵ１２１からの描画命令を受け、描画すべきイメージを生成してＶＲＡＭに書き込み、所定のタイミングでＶＲＡＭから読み出してＬＣＤ１０２に描画データとして送る。ノース・ブリッジ１２７にはまた、ＰＣＩバス１２８が接続されている。ＰＣＩバス１２８には、サウス・ブリッジ１３１、カード・バス・コントローラ１３３、ｍｉｎｉＰＣＩスロット１３５、イーサネット（登録商標）・コントローラ１３７がそれぞれ接続されている。カード・バス・コントローラ１３３は、ＰＣＩバス１２８とＰＣカード１３９とのデータ転送を制御するコントローラである。カード・バス・コントローラ１３３にはカード・バス・スロット１４１が接続され、カード・バス・スロット１４１に、ＰＣカード１３９が装着される。ｍｉｎｉＰＣＩスロット１３５には、例えばワイヤレスＬＡＮモジュールが内蔵されたｍｉｎｉＰＣＩカード１４３が装着される。イーサネット・コントローラ１３７は、ノートＰＣ１００をＬＡＮに接続するためのコントローラである。

サウス・ブリッジ１３１は、ＰＣＩバス１２８とＬＰＣバス１４５とのブリッジ機能を備えている。また、サウス・ブリッジ１３１は、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インタフェース機能を備えており、ＨＤＤ１１７、ＯＤＤ１０３、およびＵＳＢコネクタ１４０が接続されている。ＬＰＣバス１４５には、エンベデッド・コントローラ（ＥＣ）１４７、ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ１５７、Ｉ/Ｏコントローラ１５９が接続されている。Ｉ／Ｏコントローラ１５９にはＩ／Ｏコネクタ１６１が接続されている。

ＥＣ１４７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されたマイクロ・コンピュータである。ＥＣ１４７には、温度センサ１５３および放熱システム駆動回路１４９が接続されている。温度センサ１５３は、電子デバイスの温度を監視するために主要な電子デバイスごとに複数個設けられ、それぞれ外付け型として監視対象となる電子デバイス近辺に配置されるか、または埋め込み型として当該電子デバイスのダイの中に形成される。外付け型の温度センサは、それぞれの電子デバイスの近辺においてマザー・ボード１１３またはフレーム１１１に取り付けられる。

ＥＣ１４７は、温度センサ群１５３が検出した温度に基づいて放熱ファン２１３の制御信号を生成して放熱システム駆動回路１４９に送る。放熱システム駆動回路１４９には放熱ファン２１３が接続されている。放熱システム駆動回路１４９は、ＥＣ１４７から送られた制御信号に基づいて、放熱ファン２１３のオン／オフ制御および回転数制御を行う。本実施の形態では、放熱システム駆動回路１４９は、放熱ファン２１３を、停止、低速回転、中速回転、および高速回転の４つの動作状態のいずれかになるように制御する。

ＥＣ１４７は、温度センサ群１５３が検出したそれぞれの温度に基づいてステッピング・モータ群１６０の制御信号を生成して放熱システム駆動回路１４９に送る。放熱システム駆動回路１４９にはステッピング・モータ群１６０が接続されている。ステッピング・モータ群１６０は、図４に示したステッピング・モータ２１９および図６に示したステッピング・モータ２２３、２２４で構成されている。放熱システム駆動回路１４９は、ＥＣ１４７から送られた制御信号に基づいてステッピング・モータ２１９、２２３、２２４を回転させ、回転ドア２１７の角度制御およびシャッター２２１、２１２の位置制御を行う。

ＣＰＵ１２１、ノース・ブリッジ１２７、およびビデオ・チップ１２５は、その他の電子デバイスに比べて発熱量が多いため、放熱ユニット２００の受熱部２０５、２０７を経由して放熱される。その他の電子デバイスは、放熱ファン２１３の動作によりシステム筐体内に生成される空気流で放熱される。本実施の形態にかかる放熱システム２５０の制御系は、ＥＣ１４７、放熱システム駆動回路１４９、温度センサ群１５３、ステッピング・モータ群１６０、および放熱ファン２１３で構成される。

図８は、本実施の形態にかかる放熱システム２５０を構成する２つの放熱系を説明する図である。放熱システムは、放熱ユニット２００、シャッター２２１、２２２、ステッピング・モータ２２３、２２４、排気口１０６、１０７、吸気口１０８、１０９、および放熱対象となる複数の電子デバイスで構成される。システム筐体１０５の内部には、温度の監視対象となる電子デバイスとして、ＣＰＵ１２１、ノース・ブリッジ１２７、ビデオ・チップ１２５、ＨＤＤ１１７、およびＯＤＤ１０３が代表的に示されている。

そしてそれらを監視する温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが実装されている。ＣＰＵ１２１、ノース・ブリッジ１２７、およびビデオ・チップ１２５をそれぞれ監視する温度センサ１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃは埋め込み型で、ＯＤＤ１０３およびＨＤＤ１１７を監視する温度センサ１５３ｄ〜１５３ｅは外付け型である。なお、各温度センサは、監視対象となる電子デバイスが許容温度値を越えないように監視する目的で設けられるものであり、埋め込み型であるか外付け型であるかは本発明において本質的な相違はない。図８に示したその他の同一参照番号の構成要素は図１〜図７で説明したものであるため説明を省略する。

放熱システム２５０は、システム筐体１０５の中に収納された複数の電子デバイスを共用の放熱ファン２１３を利用して放熱する。図８では放熱ファン２１３は１台だけ示されているが、複数の放熱ファンを設けてそれらの放熱ファン群を複数の電子デバイスに共用するようにしてもよい。ただし、各電子デバイスに専用の放熱ファンを設けて独立した温度制御をする場合は、本発明とは異なる放熱システムとなる。放熱システム２５０は、放熱ファン２１３を共有した２つの放熱系で構成されている。

一つは、放熱ユニット２００によりＣＰＵ１２１、ノース・ブリッジ１２７、ビデオ・チップ１２５からの放熱を制御する系統で、これをヒート・シンク系ということにする。もう一つは、シャッター２２１、２２２によりＯＤＤ１０３およびＨＤＤ１１７からの放熱を制御する系統で、これを筐体系ということにする。放熱ファン２１３を共用するような放熱システムでは、いずれの電子デバイスも許容最高温度を超えないように制御しようとした場合に、各電子デバイスにおける発熱量の不均衡により放熱ファン２１３は電子デバイス全体が発生する熱に対しては放熱能力に余裕があっても、先に最高許容温度になった電子デバイスのために高い回転速度で回転して騒音の発生や消費電力の無駄といった問題を引き起こす。

これを解決するために放熱システム２５０は、各電子デバイスの温度を監視して回転ドア２１７およびシャッター２２１、２２２を制御しそれぞれの発熱状態に応じて各電子デバイスに対する放熱能力を制御する。放熱システム２５０は、放熱ファン２１３が一定の回転速度で回転しているときに、ヒート・シンク系が、ヒート・シンク２０９とヒート・シンク２１１を通過する空気量の割合を制御し、筐体系が吸気口１０８、１０９から流入する空気量の割合を制御して、所定の回転速度における放熱ファン２１３が電子デバイス全体に対して有する放熱能力を有効に活用する。

ＥＣ１４７のＲＯＭには、放熱ファン２１３の動作状態を変更する基準温度値を記述したサーマル・アクション・テーブル（ＴＡＴ）２５１が格納されている。図９は、ＴＡＴ２５１の構成を示す図である。ＴＡＴ２５１は、電子デバイスごとに放熱ファン２１３の動作状態を停止、低速回転、中速回転、高速回転の間で変更するための基準温度値を記述している。基準温度値は、各動作状態に対するイネーブル値とディスエーブル値で構成され、回転速度が上昇方向に変化する場合と下降方向に変化する場合との間にヒステリシス特性を形成している。イネーブル値は、温度センサの検出温度が上昇傾向にある場合に放熱ファン２１３が１段階回転速度が遅い動作状態から当該動作状態に移行する温度値である。ディスエーブル値は、温度センサの検出温度が下降傾向にある場合に放熱ファン２１３が当該動作状態より１段階回転速度の遅い動作状態に移行する温度値である。ここで、低速回転より遅い動作状態は停止状態である。

ＴＡＴ２５１において、各温度センサ１５３ａ〜１５３ｅに対して設定された基準温度値は、各電子デバイスとそれを監視する温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが実際にシステム筐体１０５の内部に実装されたときに、動作中の各電子デバイスが許容最高温度を超えないように放熱ファン２１３を所定の回転速度で動作させるために設定される。埋め込み型温度センサに対する基準温度値も外付け型温度センサに対する基準温度値も、電子デバイスの許容最高温度値より低い値となる。

ＥＣ１４７は、いずれかの温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが検出した温度が監視対象の電子デバイスに設定されたイネーブル値に到達したとき放熱ファン２１３の動作状態を放熱能力が向上する方向に変更し、すべての温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが検出した温度が監視対象の電子デバイスに設定されたディスエーブル値以下まで下降したとき放熱ファン２１３の動作状態を放熱能力が低減させる方向に変更する。

具体的には、筐体内部の温度が上昇していずれかの温度センサの検出温度値が低速回転のイネーブル値を検出したとき放熱ファン２１３は低速回転で動作を開始し、中速回転のイネーブル値を検出したとき中速回転に移行し、さらに高速回転のイネーブル値を検出したとき高速回転に移行する。放熱ファン２１３が高速回転している状態からノートＰＣ１００の負荷が減少して各温度センサが検出した温度が低下したときには、放熱ファン２１３はすべての温度センサ１５３ａ〜１５３ｅの検出温度が高速回転のディスエーブル値に到達すると中速回転に移行し、中速回転のディスエーブル値に到達すると低速回転に移行し、低速回転のディスエーブル値に到達すると停止する。

各電子デバイスの発熱量が比例的に増減する場合は、このような制御をしても放熱ファン２１３は効率的に放熱することができる。しかし実際には、ノートＰＣ１００の動作状態によっては、各電子デバイスの発熱および電子デバイス間での発熱の状態は異なる。たとえば、数値解析などのようにＣＰＵ１２１の負荷が増大するときはＣＰＵ１２１を監視する温度センサ１５３ａが先にイネーブル値に達してしまうが、他の電子デバイスはイネーブル値まではかなり余裕がある場合がある。あるいは画像処理を行っている場合は、ビデオ・チップ１２５の温度だけが増大したり、データの入出力を連続的に行っている場合はＨＤＤ１１７の温度だけが増大したりして同じような現象が発生する場合がある。

図１０は、放熱システム２５０が各電子デバイスから放熱する手順を示したフローチャートである。ブロック３０１では、ノートＰＣ１００は、図８に示した各電子デバイスが不均一な発熱をしている。温度センサ１５３ａ〜１５３ｅは、対象となる電子デバイスを監視するために温度を測定している。温度センサが検出した温度と実際の電子デバイスの温度は異なる場合があるが、以降の説明では、温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが測定した温度を電子デバイスの温度として説明する。

ブロック３０３において、各電子デバイスを監視する温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが定期的に温度値をＥＣ１４７に送る。たとえば、放熱ファン２１３が中速回転の回転速度で回転しているときには、各温度センサが検出した温度値は、高速回転の欄の対応する電子デバイスに設定されたイネーブル値より低くなっており、いずれかの電子デバイスの温度が高速回転のイネーブル値に到達すると放熱ファン２１３は高速回転で回転する。ブロック３０５において、ＥＣ１４７は、ＴＡＴ２５１に記述された放熱ファン２１３の現在の動作状態より回転速度が早い動作状態のイネーブル値と各温度センサが測定した現在の温度値との温度差ΔＴを計算する。なお、温度差ΔＴは、以下、同様の意味を示すものとする。

放熱システム２５０では、放熱ファン２１３を共用しながら、ヒート・シンク系でＣＰＵ１２１と、ノース・ブリッジ１２７およびビデオ・チップ１２５に対する放熱ファン２１３の放熱能力を制御し、筐体系ではＯＤＤ１０３とＨＤＤ１１７に対する放熱ファン２１３の放熱能力を制御する。放熱システム２５０では、さらに放熱ファン２１３の回転速度を制御して電子デバイス全体に対する放熱能力を制御する。そしてこれら３つの制御系は独立して動作する。

ブロック３０７では、ヒート・シンク系の温度センサ１５３ａに関する温度差ΔＴと、温度センサ１５３ｂまたは温度センサ１５３ｃに関する温度差ΔＴの間に所定値以上の差があるか否かをＥＣ１４７が判断する。ノース・ブリッジ１２７とビデオ・チップ１２５は共通の受熱部２０７に放熱するので、温度センサ１５３ｂに関する温度差ΔＴと温度センサ１５３ｃに関する温度差ΔＴのうち温度差が小さい方の温度センサに関する温度差ΔＴを採用する。温度差ΔＴが小さい電子デバイスは、近いうちに現在よりも多くの空気量を要求する可能性が高いといえる。いま、ビデオ・チップ１２５を監視する温度センサ１５３ｃに関する温度差ΔＴが、ノース・ブリッジ１２７を監視する温度センサ１５３ｂに関する温度差ΔＴよりも小さいものとする。

そしてＥＣ１４７は、ビデオ・チップ１２５に関する温度差ΔＴがＣＰＵ１２１に関する温度差ΔＴよりも大きい場合には、ＣＰＵ１２１の現在の温度よりもビデオ・チップ１２５の現在の温度に余裕があると判断する。この場合ＥＣ１４７は、放熱システム駆動回路１４９を通じてステッピング・モータ２１９にパルスを送って回転ドア２１７を回転させ、ヒート・シンク２０９に供給する空気量の割合を増大させ、その分だけヒート・シンク２１１に供給する空気量の割合を減少させる。

ＣＰＵ１２１の温度差ΔＴがビデオ・チップ１２５の温度差ΔＴよりも大きい場合には、ビデオ・チップ１２５の現在の温度よりもＣＰＵ１２１の現在の温度に余裕があると判断して、ＥＣ１４７は回転ドア２１７を逆の方向に回転させて、ヒート・シンク２１１に供給する空気量の割合を増大させ、その分だけヒート・シンク２０９に供給する空気量の割合を減少させる（ブロック３０９）。ブロック３０７とブロック３０９の手順により、回転ドア２１７はＣＰＵ１２１とビデオ・チップ１２５のそれぞれに関する温度差ΔＴが一致するように制御される。

ＥＣ１４７は、温度差ΔＴの大小により回転ドア２１７を回転させる方向を決めるが、回転ドア２１７の回転角度を制御する方法にはＰＩＤ制御などのようなさまざまなフィードバック方式を採用することができる。あるいは、ＥＣ１４７のＲＯＭに、ヒート・シンク系の温度差ΔＴと筐体系の温度差ΔＴの差と回転角度との関係を記述した制御テーブルを格納し、その制御テーブルを参照して回転ドア２１７の回転角度を制御することもできる。

ブロック３１１では同様に筐体系における温度センサ１５３ｄに関する温度差ΔＴと、温度センサ１５３ｅに関する温度差ΔＴの間において所定値以上の温度差があるか否かをＥＣ１４７が判断する。そしてＥＣ１４７は、温度センサ１５３ｄに関する温度差ΔＴが温度センサ１５３ｅに関する温度差ΔＴよりも大きい場合には、ＨＤＤ１１７の現在の温度よりもＯＤＤ１０３の現在の温度に余裕があると判断する。この場合ＥＣ１４７は、放熱システム駆動回路１４９を通じてステッピング・モータ２２３、２２４にパルスを送ってシャッター２２１、２２２をスライドさせ、吸気口１０８から流入する空気量の割合を増大させ、吸気口１０９から流入する空気量の割合を減少させる。

温度センサ１５３ｅに関する温度差ΔＴが温度センサ１５３ｄに関する温度差ΔＴよりも大きい場合には、シャッター２２１、２２２をスライドさせて、ＯＤＤ１０３の現在の温度よりもＨＤＤ１１７の現在の温度に余裕があると判断して、ＥＣ１４７は吸気口１０９から流入する空気量の割合を増大させ、吸気口１０８から流入する空気量の割合を減少させる（ブロック３１３）。その結果、両者の温度差ΔＴの差は接近するようになる。ブロック３１１とブロック３１３の手順により、ＯＤＤ１０３とＨＤＤ１１７のそれぞれの基準温度値に対する温度差が一致するように吸気口１０８、１０９の開口率が制御される。

このようにヒート・シンク系と筐体系の２つの放熱系は独立して動作するが、それぞれの放熱系の中に含まれる電子デバイスに対する現在の放熱ファン２１３の回転速度のもとでの放熱能力が有効に活用されるため、放熱ファン２１３の所定の回転速度の基での電子デバイス全体に対する放熱能力が足りる限り、その回転速度が維持され放熱ファン２１２の回転速度が上昇する機会は減少する。

しかし、各放熱系において放熱ファン２１３の現在の回転速度では、現在の回転速度より早い回転速度に移行するときのイネーブル値以内に各電子デバイスの温度を維持することができない状態になる場合がある。ブロック３１５ではＥＣ１４７が、温度センサ１５３ａ〜１５３ｄが検出した温度のいずれかが、現在よりも早い回転状態に移行するときのイネーブル値以上か否かを判断する。イネーブル値以上の場合はブロック３１７に移行してＴＡＴ２５１に基づいてＥＣ１４７は放熱ファン２１３の回転速度を上昇させる。イネーブル値未満の場合はブロック３１９に移行してＥＣ１４７はすべての温度センサ１５３ａ〜１５３ｅが検出した温度が、現在の回転速度よりも遅い回転状態に移行するディスエーブル値未満になったか否かを判断する。ディスエーブル値未満の場合は、ブロック３２１に移行して図８のＴＡＴ２５１に基づいてＥＣ１４７は放熱ファン２１３の回転速度を下げる。

図１１は、ヒート・シンク２０１、２１１に供給する空気量の割合を制御する他の機構を示す図である。図１１の例では、回転ドア２３１に代えて風向板４１１、制御板４１３、４１５で空気量の割合を制御する。制御板４１３、４１５はステッピング・モータで回転できるように構成されている。風向板４１１は、ステンレス鋼のような材料の薄い板材で形成することができる。図１１（Ａ）では、制御板４１３が風向版４１１を放熱ファン２１３側に押し込む位置まで回転し、さらに、制御板４１５は、ヒート・シンク２０９に対する流路を開くように回転している。この状態では、ヒート・シンク２１１よりもヒート・シンク２０９に多くの空気が供給される。

図１１（Ｂ）では、制御板４１３をハウジングの側壁に水平になるまで回転させ、風向板４１１が弾力で復元する力を利用して、ヒート・シンク２１１に対する流路を確保する。さらに制御板４１５を回転させてヒート・シンク２０９に対する流路を閉じる。この状態では、ヒート・シンク２０９よりもヒート・シンク２１１に多くの空気が供給される。制御板４１３、４１５の回転は、エンベデッド・コントローラ１４７および放熱システム駆動回路１４９で制御することができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

電子デバイスを放熱する必要がある装置に適用できる。

ノートＰＣを前方および後方からみた斜視図である。 ノートＰＣの分解斜視図である。 放熱ユニットの外形を示す斜視図である。 放熱ユニットを裏側からみた分解斜視図である。 回転ドアがハウジングの内部に収納された様子を示す斜視図である。 ノートＰＣのシステム筐体からフレーム、マザー・ボードおよびその他の電子デバイスを取り除いた状態を示す斜視図である。 ノートＰＣのシステム構成を示すブロック図である。 放熱システムを構成する２つの放熱系を説明する図である。 サーマル・アクション・テーブルの構成を示す図である。 放熱システムが各電子デバイスから放熱する手順を示したフローチャートである。 ヒート・シンクに供給する空気量を制御する他の機構を示す図である。 ノートＰＣに搭載されている従来の放熱システムの概要を示す分解斜視図である。

符号の説明

１００…ノートＰＣ
１０１…ディスプレイ筐体
１０２…ＬＣＤ
１０３…ＯＤＤ
１０４…キーボード
１０５…システム筐体
１０６、１０７…排気口
１０８、１０９…吸気口
１１１…フレーム
１１３…マザー・ボード
１１７…ＨＤＤ
１２１…ＣＰＵ
１２５…ビデオ・チップ
１２７…ノース・ブリッジ
１５３ａ〜１５３ｅ…電子デバイス
２００…放熱ユニット
２０１、２０３…ヒート・パイプ
２１３…放熱ファン
２０５、２０７…受熱部
２０９、２１１…ヒート・シンク
２１５…ハウジング
２１７…回転ドア
２１９、２２３、２２４…ステッピング・モータ
２２１、２２２…シャッター
２５０…放熱システム

Claims (6)

1. コンピュータ・システムに搭載が可能な放熱システムであって、
   吸気口と側壁のコーナーに第１の排気口と第２の排気口とが形成された筐体と、
   前記筐体に収納されたプロセッサと、
   前記筐体に収納されたビデオ・チップと、
   前記プロセッサの温度を監視する第１の温度センサと、
   前記ビデオ・チップの温度を監視する第２の温度センサと、
   前記第１の排気口に位置が整合した第１のヒート・シンクと、
   前記第１のヒート・シンクと前記プロセッサに結合された第１のヒート・パイプと、
   前記第２の排気口に位置が整合し前記第１のヒート・シンクから熱的に分離した第２のヒート・シンクと、
   前記第２のヒート・シンクと前記ビデオ・チップに結合された第２のヒート・パイプと、
   前記筐体内の空気を吸気し前記第１のヒート・シンクと前記第２のヒート・シンクを経由して排気する遠心式の放熱ファンと、
   前記放熱ファンの中心軸を中心にして回動するように構成され前記第１のヒート・シンクと前記第２のヒート・シンクに供給する空気量の割合を調整する回転ドアと、
   前記第１の温度センサと前記第２の温度センサが検出した温度に基づいて前記回転ドアを制御する制御部と
   を有する放熱システム。
2. 前記プロセッサと前記ビデオ・チップにそれぞれ前記放熱ファンの動作状態を変更する基準温度値が設定されており、前記制御部は前記プロセッサに設定された基準温度値と前記第１の温度センサが検出した温度値の差と、前記ビデオ・チップに設定された基準温度値と前記第２の温度センサが検出した温度値の差に基づいて前記回転ドアの回転角度を制御する請求項１に記載の放熱システム。
3. 前記制御部は前記第１の温度センサが検出した温度値が前記プロセッサに対して設定された基準温度値を越えるか、または、前記第２の温度センサが検出した温度値が前記ビデオ・チップに対して設定された基準温度値を越えたときに、前記放熱ファンの動作状態を放熱能力が増大するように制御する請求項２に記載の放熱システム。
4. 前記吸気口を構成する第１の吸気口と、
   前記吸気口を構成する第２の吸気口と、
   前記第１の吸気口の近辺に配置された第１の電子デバイスと、
   前記第２の吸気口の近辺に配置された第２の電子デバイスと、
   前記第１の吸気口から流入する空気量を調整する第１のシャッターと、
   前記第２の吸気口から流入する空気量を調整する第２のシャッターと、
   前記第１の電子デバイスの温度を監視する第３の温度センサと、
   前記第２の電子デバイスの温度を監視する第４の温度センサとを有し、
   前記制御部は前記第３の温度センサと前記第４の温度センサが検出したそれぞれの温度に基づいて前記第１のシャッターと前記第２のシャッターの動作を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の放熱システム。
5. 前記第１の電子デバイスと前記第２の電子デバイスにそれぞれ前記放熱ファンの動作状態を変更する基準温度値が設定されており、前記制御部は前記第１の電子デバイスに設定された基準温度値と前記第３の温度センサが検出した温度値の差と、前記第２の電子デバイスに設定された基準温度値と前記第４の温度センサが検出した温度値の差に基づいて前記第１のシャッターと前記第２のシャッターの動作を制御する請求項４に記載の放熱システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の放熱システムを有するコンピュータ・システム。

Images