RAPIRO(ラピロ)のArduino基盤を冷却する

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前々回の終わりに少し書きましたが、個人的に気になっているのは、ラピロの頭の中のRaspberry Pi 2の発熱より、胴体の中のArduino基盤の方の発熱です。胴体後方に触れると分かりますが、結構早い段階から熱くなりっぱなしです(自分のだけ?)。

ラピロをホームセキュリティロボ的に使おうと思ったら、電源入れっぱなしが前提になるので、この発熱は自分としては心臓に悪いです。というわけで、何とか冷却できないかなあと色々考えてみました。

とりあえず簡単にできる方法として、胴体後方に放熱用の細かい穴をたくさん開けてみることにしました。が、あんまり効果が感じられなかったので、どうにかして冷却ファンを組み込む方法を模索することにしました。

ということで、とりあえずDC5V駆動の22mm?ファンと、60mmファンを用意してみました。60mmファン用に、ファンガード2個と3mm×30mmねじ4本、ワッシャ、ナットも購入。

最初は、22mmの方を電池ボックスの中に仕込んで(←自分はラピロを電池で駆動させることは基本的にないので)、電池ボックスとラピロの背面に穴を開ければ冷風を送れるかなーと考えました。

ただ、

  • 電池ボックスの蓋を閉じた状態で、効率良く冷風を送れるか?
  • 小型・高回転だとうるさくないかないか?
  • 電池ボックスの中に固定する器具を作るのがちょっと面倒くさい

等々の懸念があり、ちょっとデカいですが、60mmファンを試しに電池ボックスにはめ込んでみたところ、

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ちょっと長めに出ていたネジが、うまい具合にハマってくれました。ナットで留めなくても、ちょっと揺らした程度では落ちません。

これだと当然電池ケースの蓋は閉じることはできませんが、風を存分に取り込むことができるので、冷却効果は期待できそうです。

ということで、60mmファンを取り付ける方向で進めていきます。

 

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取り付けイメージはこんな感じです。電池ボックスに元々空いている穴から冷却ファンのコードを裏側に回して、それを前回作成した外部電源に接続します。150mAも消費するので、Raspberry Piから電源をとるのは安定性の観点からオススメしません。

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せっかく前回作成した外部電源の接続口ですが、一旦分解。ここに冷却ファンも接続できるように、DCの取り出し口を二股にするソケットを付け直しました。

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こんな感じになります。片方はラピロの胴体を通って頭の中へ、もう片方が冷却ファンにつながっています。

 

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続いて、風を送り込むために、電池ボックスに穴を開けます。「どうせ見えないところだから、適当でいいや」ということで、これまでのような事前の位置決めもせず、いきなりエイヤで開けてしまいました。

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ラピロの背面も、元々大きな穴が空いていますが、もっと風を取り込めるように穴を追加。特に下側はArduino基板をつけたままの作業だったので、傷つけないように気をつけながら穴を開けました。

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穴を開けたら、ラピロの胴体を閉じます。デフォルトの状態よりも、頭に引っ張ってくる線の数がずいぶん増えてしまったので、毎回胴体を閉じるのが大変です。なかなかちゃんと閉まってくれません。

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完成。「なんじゃこれは」という方もいるかもしれませんが、個人的には「耐熱仕様バックパックに換装したのだ!」という解釈なので、全然アリです。ただ、歩かせるときのバランスがだいぶ変わってしまっているかも、という懸念はちょっとあります。まあ、自分の場合、ラピロを歩かせることはほとんどないのですが。

さて、ここまでやったのですから、実際にどれだけ冷却効果があるのかを確認したいところです。

ということで、こんなん買ってみました。これで、冷却ファンの稼働/非稼働でどれだけ差が出るかを見てみましょう。

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こんな感じで、三脚を使って温度計を固定します。

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測定箇所は、個人的にかなり熱くなると感じた場所です。この点について、冷却ファンのある/なしでの温度変化を定点観測します。5分間隔で計測し、1時間ほど測ります。

 

で、その結果がこちら。

温度変化

横軸が経過時間(分)、縦軸が測定箇所の温度(℃)です。冷却ファンのある方が、大幅に温度が下がっていることがわかります。

冷却ファンありのときは、冷却ファンから送られてきた風が測定点近くを僅かに通っていたので、赤外線放射温度計の測定結果にちょっと影響しているかなーと思い、冷却ファンが止まって間もなくの時点で測定してみたところ、34.5℃と出ました。なので、実際は冷却ファン利用時は、上記のグラフが全体的に+1される形になるかもしれません。それでも、冷却効果としては十分かなーと思います。

あと、冷却ファンの回転音はどうしても発生してしまいますが、自分が睡眠するときには特に気にならないレベルです。

 

というわけで、やってみて損はなかったかな、という結果になりました。個人的には満足です。ラピロを基本的にACケーブルに繋いで長時間稼働させる人なら、これからの暑い季節、やっておくとちょっと安心かもしれません。


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