TWI871704B - 具除塵機制的風扇系統與風扇系統的除塵方法 - Google Patents

Abstract

一種具除塵機制的風扇系統，適用於筆記型電腦。風扇系統包括風扇以及控制模組。風扇具有馬達。控制模組電性連接馬達。控制模組具有偵測單元與驅動單元，其中偵測單元偵測馬達的至少一特徵的變化以傳送對應訊號至驅動單元。當所述變化達預設值時，控制模組藉由驅動單元改變風扇的運作模式。另揭露一種風扇系統的除塵方法。

Description

具除塵機制的風扇系統與風扇系統的除塵方法

本發明是有關於一種具除塵機制的風扇系統與風扇系統的除塵方法。

為使電子產品在運作時所產生之熱量有效地驅散，現有技術通常藉由散熱風扇的驅熱操作達到讓電子產品快速散熱之目的。一般而言，在散熱風扇的驅熱操作中，其是用以導引外部氣流進入電子產品內部並通過熱源後排出電子產品，以達到所需的散熱效果。然而伴隨而來的，則是由於外部環境的空氣隨氣流而被大量導入電子產品內，進而容易在電子產品內造成灰塵堆積。

據此，電子產品勢必需定期進行清潔以維持其運作效能，但清潔過程對於電子產品的拆、卸工藝卻是繁雜而不易入手，對使用者而言存在相當困難性。

本發明提供一種具除塵機制的風扇系統與風扇系統的除 塵方法，以依據風扇效能而即時且有效率地進行除塵作業。

本發明具除塵機制的風扇系統，適用於筆記型電腦。風扇系統包括風扇與控制模組。風扇具有馬達。控制模組電性連接馬達。控制模組具有偵測單元與驅動單元。偵測單元偵測馬達的至少一特徵的變化以傳送對應訊號至驅動單元。當所述變化達預設值時，控制模組藉由驅動單元改變風扇的運作模式。

本發明的風扇系統的除塵方法，適用於筆記型電腦。風扇系統包括風扇，組裝於筆記型電腦的機殼內。風扇具有馬達，電性連接筆記型電腦的控制模組。除塵方法包括：控制模組偵測馬達的至少一特徵的變化；以及控制模組依據所述變化而判斷是否改變風扇的運作模式

基於上述，在具有除塵機制的風扇系統與其除塵方法中，控制模組電性連接風扇的馬達，以藉由偵測馬達至少一特徵的變化，而作為是否改變風扇的運作模式的判斷依據。此舉讓風扇系統通過智慧化方式即時且有效率地進行除塵動作，也就是通過風扇的馬達的負擔程度，而直接反映出風扇與累積灰塵的正相關性，據以避免風扇系統進行無效率的除塵動作。同時，風扇系統也能在毋須拆卸筆記型電腦的前提下，達到自動除塵清潔的效果。

圖1是依據本發明一實施例的筆記型電腦內的局部示意圖，其繪示風扇系統的相關構件。圖2是圖1的風扇系統的相關構件電性關係示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，風扇系統100包括風扇110與控制模組140，風扇110例如是離心式風扇，其配置在筆記型電腦的機殼130之內。同時，風扇系統100還包括散熱鰭片120，其也配置於機殼130內且位於風扇110的出風口處，且筆記型電腦還包括熱管(未繪示)，熱連接於熱源(未於圖1繪示)與散熱鰭片120之間，以將熱源所產生的熱量傳送至散熱鰭片120。如圖1所示，風扇110通過軸向(進、出紙面)進風與徑向(圖式中繪示朝上的虛線箭號)出風，而將氣流傳出機殼130，而對散熱鰭片120上的熱量達到所需的散熱效果。

進一步說，本實施例的控制模組140例如是筆記型電腦內包含中央處理器、主機板等在內由相關軟、硬體所構成的控制、作業系統，風扇110自然也由其進行供電、監測與操控。在此將控制模組140進一步地包括偵測單元141與驅動單元142，其中偵測單元141可為實體控制電子元件，也可為內存於控制模組140(或 作業系統)的工具程式，其用以偵測風扇110的狀態並據以通過驅動單元142而調整風扇110。簡單地說，本實施例的偵測單元141偵測風扇110的馬達112的至少一特徵的變化，以傳送對應訊號至驅動單元142，且當所述變化達預設值時，則控制模組140能進一步地藉由驅動單元142改變風扇110(馬達112)的運作模式。

圖3是馬達的特徵曲線圖。請參考圖3並對照圖1或圖2，在本實施例中，所述至少一特徵是馬達112的轉速(Speed，單位RPM)與電流(Current，單位A)的對應關係、馬達112的轉速(Speed，單位RPM)與轉矩(Torque，單位N-m)的對應關係、馬達112的轉速(Speed，單位RPM)與輸出功率(Output Power，單位W)的對應關係、馬達112的轉速與輸入功率(Input Power，單位W)的對應關係，或馬達112的轉速與效率(Effciency，單位%)的對應關係。在實際操作上，馬達112的輸入電能分為電壓及電流兩部分，一般而言，電壓皆為固定值而不會特別變動，因此圖3所示即是相當於與電流相關的對應特徵。

在此因轉速-電流呈現線性關係而易於辨識，故以此為例進行說明。如圖3所示馬達112的轉速與電流是呈負相關的線性關係，因此可以預測的是當風扇系統100內部灰塵累積時，將會增加風扇系統100的負擔而形成：馬達112的轉速上升時，電流下降的現象。據此，控制模組140的偵測單元141便得以偵測馬達112的轉速與電流的對應關係，在風扇110處於相同工作週期下，隨著轉速上升而電流下降至預設值以下時，便是改變風扇110 的運作模式的時機。

詳細來說，當風扇系統100的散熱鰭片120或風扇110的葉片累積灰塵時，即代表對於風扇110所產生氣流的流阻增加，因此為了讓氣流維持固定的流量與流速，也就是相當於前述相同的工作週期，則勢必增加風扇110的轉速，而由圖3所示轉速與電流的對應關係，則轉速上升會進一步地反映在電流下降的電性特徵。據此，風扇110在相同工作週期下，當轉速上升而電流下降至預設值以下時，即是代表控制模組140改變風扇110的運作模式的時機。

在本實施例中，驅動單元142用以改變風扇110運作模式的手段包括改變風扇110(馬達112)的轉向，而產生震動並因此震落葉片或散熱鰭片120上的灰塵，而後即能再次恢復原散熱時的轉向，以將被震落的灰塵吹出機殼130而達到除塵效果。

圖4繪示一實施例的筆記型電腦的風扇系統的特徵關係圖。請參考圖4，其為風扇110特徵的其中一例示，如其所示，風扇110的「原始設計」特徵是線性方程式Y=0.02X+100，R²=1，圖4中以實線所示者，其中Y代表電流，X代表轉速。當風扇110組裝至筆記型電腦的機殼130內時，機殼130的內部結構與其他同樣配置其內的構件或電子元件都會對風扇110產生的氣流造成阻力，故而「原始設計」特徵會衰減為「放入系統後」特徵，也就是圖4中位於中間以虛線繪示的線性方程式，Y=0.02X+80，R²=1。

接著，隨著風扇110的運作時間增加，其也會造成灰塵 的累積，並進而從前述「放入系統後」特徵衰減為「有灰塵後」特徵，也就圖4以點鏈線繪示的線性方程式，Y=0.02X+62，R²=1。上述R²為迴歸模式在yi點的預測值，為所有yi值的平均值。R²的定義代表迴歸模式之變異值與所有yi變異量之比例，R²愈大，代表此迴歸模式能夠解釋全體yi變異量的比例愈大。因此R²愈接近1.0，代表此模式愈有解釋能力。

由上述三種特徵線性方程式所示趨勢，即能清楚得知風扇110的特徵變化。據此，由線性方程式的常數項變化趨勢，如前所示100→80→62。在此所呈現的變化分別對應圖4所示實線(原始設計)、虛線(放入系統後)與點鏈線(有灰塵後)，若將所述線性方程式的常數項設定一預設值並以偵測單元141進行監控，控制模組140便能以所述預設值作為判斷是否改變風扇110(馬達112)運作模式的依據。舉例來說，常數項超出預設時，即可判定需要進行除塵動作，如果數值越大，則代表能由系統判定增加除塵的時間與次數，而非由人為或是需設定固定的除塵時間(或次數)，而達到智慧化除塵的效果。

如前述，圖3所示其餘特徵，如前述轉矩、輸出功率...等，也能如轉速與電流的對應關係，經由轉速上升所造成的對應特徵的變化，而取得改變風扇110的運作模式的時機。

基於前述，彙整所示風扇系統100的特徵變化，即能讓筆記型電腦裝設本實施例的風扇系統100後，依據風扇110(馬達112)的負擔情形而產生即時且有效率的除塵機制。彙整前述的除 塵方法如下：控制模組140通過偵測單元141偵測風扇110(馬達112)的特徵變化，且特別是馬達112的轉速與其他特徵的對應關係。接著，控制模組140依據所述變化而判斷是否由驅動單元142改變風扇110(馬達112)的運作模式，其中以馬達112的轉速與電流為例，風扇110在相同工作週期下，當轉速上生而電流下降至預設值以下時，則控制模組140藉由驅動單元142改變風扇110(馬達112)的運作模式，例如改變風扇110的轉向。

另需提及的是，一般而言，風扇110在自由空氣(free air)的情況下，電流上升會伴隨轉速上升，但將風扇110放置於系統中之後，會因扇葉的力矩變小(流阻上升)後轉速上升電流卻下降，如圖3所示。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，在具有除塵機制的風扇系統與其除塵方法中，控制模組電性連接風扇的馬達，以藉由偵測馬達至少一特徵的變化，而作為是否改變風扇的運作模式的判斷依據。此舉讓風扇系統通過智慧化方式即時且有效率地進行除塵動作，也就是通過風扇的馬達的負擔程度，而直接反映出風扇與累積灰塵的正相關性，據以避免風扇系統進行無效率的除塵動作。同時，風扇系統也能在毋須拆卸筆記型電腦的前提下，達到自動除塵清潔的效果。

簡單地說，正因能藉由監測風扇的馬達現況，而據以得知風扇系統內甚至機殼內的灰塵累積對氣流造成的流阻大小，並以此為依據來判斷是否進行除塵。也就是說，風扇遇到灰塵所產 生的流阻時，風扇會因為流阻的增加而影響風扇本體的電流與轉速，因此能藉由觀察(偵測)流阻增加時風扇轉速會提高且電流下降的趨勢，而判定(電腦)系統需要進行除塵動作的時機。相較於不知實際灰塵累積情形而採固定時間週期即需進行除塵者，本發明上述的除塵機制與除塵方法能更有效率地達到所需的除塵效果。

100:風扇系統

110:風扇

112:馬達

120:散熱鰭片

130:機殼

140:控制模組

141:偵測單元

142:驅動單元

圖1是依據本發明一實施例的筆記型電腦內的局部示意圖。

圖2是圖1的風扇系統的相關構件電性關係示意圖。

圖3是馬達的特徵曲線圖。

圖4繪示一實施例的筆記型電腦的風扇系統的特徵關係圖。

100:風扇系統 110:風扇 112:馬達 140:控制模組 141:偵測單元 142:驅動單元

Claims (10)

1. 一種具除塵機制的風扇系統，適用於筆記型電腦，該風扇系統包括：風扇，具有馬達；以及控制模組，電性連接該馬達，該控制模組具有偵測單元與驅動單元，其中該偵測單元偵測該馬達的至少一特徵的變化以傳送對應訊號至該驅動單元，當所述變化達預設值時，該控制模組藉由該驅動單元改變該風扇的運作模式，所述至少一特徵包括該馬達的轉速與電流的對應關係，該風扇在相同的工作週期，且隨著該轉速上升而該電流下降至該預設值以下時，該驅動模組改變該風扇的運作模式。
2. 如請求項1所述具除塵機制的風扇系統，其中該風扇是離心式風扇，該風扇系統還包括散熱鰭片，配置於該離心式風扇的出風口，當該散熱鰭片或該風扇累積灰塵時，該風扇隨著該轉速上升而該電流下降。
3. 如請求項2所述具除塵機制的風扇系統，其中該驅動單元改變該風扇的運作模式包括改變該風扇的轉向，以產生震動而震落該灰塵。
4. 如請求項1所述具除塵機制的風扇系統，其中該風扇是離心式風扇，當該風扇尚未組裝於該筆記型電腦的機殼內時，該馬達的轉速與電流成線性正相關，當該風扇組裝於該筆記型電腦的機殼內時，該馬達的該轉速與該電流成線性負相關。
5. 如請求項1所述具除塵機制的風扇系統，其中該偵測單元包括內存於該控制模組的工具程式。
6. 如請求項1所述具除塵機制的風扇系統，所述至少一特徵還包括該馬達的轉速與轉矩的對應關係、該馬達的轉速與輸出功率的對應關係、該馬達的轉速與輸入功率的對應關係，或該馬達的轉速與效率的對應關係。
7. 一種風扇系統的除塵方法，適用於筆記型電腦，該風扇系統包括風扇，組裝於該筆記型電腦的機殼內，該風扇具有馬達，電性連接該筆記型電腦的控制模組，該除塵方法包括：該控制模組偵測該馬達的至少一特徵的變化；以及該控制模組依據所述變化而判斷是否改變該風扇的運作模式，其中所述至少一特徵包括該馬達的轉速與電流的對應關係，該除塵方法還包括：該風扇在相同工作週期下，當該轉速上升而該電流下降至預設值以下時，該控制模組改變該風扇的運作模式。
8. 如請求項7所述風扇系統的除塵方法，其中該風扇是離心式風扇，該風扇系統還包括散熱鰭片，配置於該離心式風扇的出風口，且當該散熱鰭片或該風扇累積灰塵時，該風扇隨著該轉速上升而該電流下降。
9. 如請求項8所述風扇系統的除塵方法，還包括：當該轉速上升而該電流下降至預設值以下時，該控制模組改變該風扇的轉向，以產生震動而震落該灰塵。
10. 如請求項7所述風扇系統的除塵方法，所述至少一特徵還包括該馬達的轉速與轉矩的對應關係、該馬達的轉速與輸出功率的對應關係、該馬達的轉速與輸入功率的對應關係，或該馬達的轉速與效率的對應關係。

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