散热风扇知识..

散热风扇知识

空气有散热的作用，它转移热能，能被压缩，当它被压缩的时候，静态压力传输空气流体。虽然它的导热性相当低，但是与其他的流体相比较，空气是使用最普遍的导热物质，它是随处可得、任意应用在各处发热表面上的。

空气通常一起从周围大气回到发热源的主体。主体将被冷却或降温，毕竟物体总是在空气中。即使用另外的一种物质来冷却一个热源，最终降低热源温度的仍然是空气。通常，热源的散热都依靠直接或间接的空气流动实现。

让我们先来了解一下散热风扇（轴流风机）吧！

原理：风扇的工作原理是按能量转化来实现的，即：电能→电磁能→机械能→动能。其电路原理一般分为多种形式，采用的电路不同，风扇的性能就会有差异。

轴流式风扇的组成：

扇框、扇叶、轴承、PCB控制电路、驱动电机

转速：

转速指风扇旋转的速度，通常以1分钟内转动的圈数来衡量，即：rpm。转速与机电绕线匝数、线径、扇叶叶轮外径与底径，叶片形状及所用轴承等因素有关，转速增大，风量相应增大。

转速值的大小，在一定程度上代表了风量的大小，在条件一定时，转速越大，则噪音及振动会相应加大，因此，在风量满足散热要求的情况下，应尽量使用低转速风扇。一般转速大小（以DC轴流风扇为例）：2510风扇7000～12000rpm；3010风扇5000～9000rpm；4010风扇5000～7000rpm；5010风扇3500～5000rpm；6025风扇2600～4500rpm；7025风扇2400～3600rpm；8025风扇2000～3500rpm；9225风扇1600～3100rpm；12025风扇1200～2500rpm；12038风扇2000～3200rpm。

风扇转速可在启动电脑时通过BIOS测试，或通过其他主板自带的监控软件测试；也可以通过转速测试仪测试。注意：前两种方式必须是支持测速功能的风扇才能测出。

散热风扇的主要性能参数：散热风扇的主要参数包括流量、压力、转速、功率等...

散热风扇的电气结构:

散热风扇有以下三部分组成：

1.控制部分:由霍尔磁效应开关、晶体管和电阻等元件构成。其功能是控制定子线圈绕组电流方向的变化。

2.电机绕组部分:由矽钢片、漆包线和上下绝缘架组成。其中矽钢片的功能是负责将磁极导出，以便于确定N、S的强弱，而绕组决定磁力线的方向性，包括N、S极和控制信号，不断改变绕组极性，推动磁框运转，达到做功目的。

3.固定磁场部分:由胶磁提供固定磁场，以用于旋转时产生动力。

风量与风压：风量与风压的测试方法有两种一是用风洞仪测试，另一种是用双箱法测。但对于一般用户而言，没有这样的设备。只能根据厂家提供的数据作为参考，最终要看降温效果。

*风量：风量是指风扇通风面积平面速度之积。通风面积是出口面积减去涡舌处的投影面积。平面速度是气流通过整个平面的气体运动速度，单位是m3/s 。平面速度一定时,扇叶叶轮外径越大，通风面积越大，风量则越大。平面速度由转子的转速和风压决定。通风面积一定时，平面速度越大，风量越大。风量越大，空气吸热量则越大，空气流动转移时能够带走更多的热量，扇热效果越明显

*风压：为进行正常通风，需要克服风扇通风行程内的阻力，风扇必须产生克服送风阻力的压力，测量到的压力的变化值称为静压，即最大静压与大气压的差压。它是气体对平行于物体表面作用的压力，静压是通过垂直于其表面的孔测量出来的。把气体流动中所需要动能转化为压力形式称为动压。

为实现送风的目的，需要有静压和动压。全压为静压与动压的代数和，全压是指由风扇所给定的的全压增加量，即风扇的出口和进口之间的全压之差。在实际应用中，标称的最大风量值并不是实际扇热片得到的送风量，风量大，并不代表通风能力强。因空气流动时，气流在其流动路径会遇上扇热稽片或元件的阻扰，其阻抗会限制空气自由流通。即风量增大时，风压会减小。因此必须有一个最佳操作工作点，即风扇性能曲线与风阻曲线的交点。在工作点，风扇特性曲线之斜率为最小，而系统特性曲线之变化率为最低。注意此时的风扇静态效率（风量×风压÷耗电）为最佳。当然有时为了能减少系统阻抗，甚至选用尺寸较小的风扇，也可以获得相同的风量。

风扇的轴承系统：

风扇的轴承系统一般建议最好选用滚珠轴承，因为扇热风扇的寿命通常取决于其轴承的可靠性，滚珠轴承系统已被证实具有高效率与低生热的特点。滚珠轴承属滚动摩擦，由金属珠滚动，接触面小，摩擦系数小；而含油轴承为滑动摩擦，接触面大，长期使用后，油会挥发，轴承容易磨损，摩擦系数大，后期噪音较大，寿命短。品质好的风扇除了通风量大、风压高以外，可靠性也是非常重要的，风扇使用的轴承形式在此显得非常重要。高速风扇一律使用滚珠轴承（Ball bearing）而低速风扇则使用成本低廉的含油轴承（Sleeve bearing）。含油轴承风扇只用一个轴承；而滚珠轴承风扇都需要两个轴承，单滚珠轴承，是"1 Ball + 1 Sleeve"，依然带有含油轴承的成分。比单滚珠更高级的是双滚珠轴承，即Two Balls。含油轴承寿命一般为10000小时，单滚珠轴承为30000小时，双滚珠轴承为50000小时以上（环境温度均设定在25℃以下时）。风扇使用的含油轴承由铜基粉末烧结而成，使用含油轴承需加润滑油以减少滑动摩数,润滑油由锂基润滑脂加特制机油调制而成。随着长时间的运转，轴承内的机油会挥发而变干，摩擦系数增大，风扇运转受影响，可能出现异音，转速偏慢甚至不转现象。而滚珠轴承由滚动摩擦取代了滑动摩擦，摩擦系数小并克服了摩擦系数容易变的缺点，因而运转稳定性强，寿命相对要长得多。

*使用含油轴承最大优点：⑴耐外力撞击，因运输所造成之损坏较少。⑵价格便宜，与滚珠轴承相比，价格差异很大。为什么Ball bearing （滚珠轴承）寿命长？滚珠轴承是运用金属珠运转，属于点接触，故起动运转很容易。此外，滚珠轴承由滚动磨擦取代了滑动磨擦，磨擦系数小，并克服了磨擦系数容易变的缺点，因而运转稳定性强，寿命相对要长得多。滚珠轴承配合弹簧使用，所以用弹簧顶撑着Ball bearing 外金属环，而使整个扇叶转子的重量坐落在滚珠轴承上，而且由弹簧间接顶撑着，故可用于不同方向、角度之可携式产品，但仍要防止乱摔与掉落，免得滚珠轴承受损，从而产生噪音，缩短使用寿命。

*使用含油轴承的缺点：⑴因转子重量全部负荷于轴芯，故会造成轴芯与轴承摩擦运转成畸形或不平坦，使得马达运转不顺，寿命减短。⑵轴承内径容易被磨损成椭圆而产生机械噪音，故无法使用在携带式产品上，也就是常更换方向、角度之产品，如测试仪器、笔记本电脑等。⑶因传统的轴承的两端，均设计有油圈、垫片，并沾上润滑油以防止运转时产生噪音，因此使得轴芯与轴承运转磨擦面积增加，一方面所产生之高温气体（未固化前）无法排除掉，而被轴承两端之间油圈、垫片搁下成固态氮化物，淤塞于轴芯与轴承两端之间的间隙，阻碍了整个马达顺畅运转，当然噪音也就因此而产生，使用寿命亦就缩短。④为了延长轴芯与轴承表面的磨擦寿命，故轴芯与轴承之间隙，一定要设计的很小，且其精密度要很高，故对马达运转之启动效果就会比较差。