散热风扇知识学习 - 图文

散热风扇知识学习

本文主要针对散热风扇的原理、分类以及重要参数给予介绍。另介绍一种新

型无叶风扇。

一、散热风扇的原理

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。

二、散热风扇的分类

1. 按送风形式 （1）轴流风扇

轴流风扇的叶片推动空气以与轴相同

的方向流动。轴流风扇的叶轮和螺旋桨有 点类似，它在工作时，绝大部分气流的流 向与轴平行，换句话说就是沿轴线方向。 轴流风扇当入口气流是0静压的自由空气 时，其功耗最低，当运转时会随着气流反 压力的上升功耗也会增加。轴流风扇通常 装在电气设备的机柜上，有时也整合在电 机上，由于轴流风扇结构紧凑，可以节省 很多空间，同时安装方便，因此得到广泛 的应用。图片见右图

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其特点：较高的流率，中等风压

（2）离心风扇（涡轮风扇）

离心风扇工作时，叶片推动空气以与

轴相垂直的方向（即径向）流动，进气是 沿轴线方向，而出气却垂直于轴线方向。 大多数情况下，使用轴流风扇就可以达到 冷却效果，然而，有时候如果需要气流旋 转90度排出或者需要较大的风压时，就必 须选用离心风扇。风机严格而言，也属于 离心风扇。图片见右图

2.散热风扇的常见轴承结构

散热风扇的常见轴承有：滚珠轴承，含油轴承，磁悬浮轴承。 （1）滚珠轴承

滚珠轴承（Ball Bearing）改变了轴承的摩擦方式，采用滚动摩擦，两个铁环中间有一些钢球或者钢柱，并辅以一些油脂润滑。这一方式更为有效的降低了轴承面之间的摩擦现象，有效提升了风扇轴承的使用寿命，也因此将散热器的发热量减小，使用寿命延长。所带来的缺点就是工艺更为复杂，导致成本提升，同时也带来更高的工作噪音。滚珠轴承有单滚珠轴承和双滚珠轴承。

单滚珠轴承是对传统油封轴承的改进。它的转子与定子之间用滚珠进行润

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其特点：有限流率，高风压

滑，并配以润滑油。它克服了油封轴承寿命短，运行不稳定的毛病，而成本上升极为有限。单滚珠轴承吸收了油封轴承和双滚珠轴承的优点。将轴承的使用寿命提升到了40,000小时，加入滚珠之后，运行噪声有所增大，但仍小于双滚珠轴承。

单滚珠轴承结构示意图

双滚珠轴承属于比较高档的轴承。轴承中有数颗微小钢珠围绕轴心，当扇页或轴心转动时，钢珠即跟着转动。因为都是球体，所以摩擦力较小，且不存在漏油的问题。双滚珠风扇优点是寿命较长，大约在50000 ~100000小时；抗老化性能好，适合转速较高的风扇。双滚珠轴承的缺点是制造成本高，并且在同样的转速水平下噪音最大(因为滚珠轴承摩擦点增加了2 倍)。双滚珠风轴承和液压轴承的封闭性较好，尤其是双滚珠轴承。双滚珠轴承被整个嵌在风扇中，转动部分没有与外界直接接触。在密封的环境中，轴承的工作环境比较稳定。因此5000转级别的大口径风扇几乎都使用双滚珠轴承。而液压轴承由于具备独特的还回式油路，所以润滑油泄露的可能性较小。

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双滚珠轴承结构示意图

（2）含油轴承

含油轴承（Sleeve Bearing)）是使用滑动摩擦的套筒轴承，使用润滑油作为润滑剂和减阻剂，初期使用时运行噪音低，制造成本也低，但是这种轴承磨损严重，寿命较滚珠轴承有很大差距。而且这种轴承使用时间一长，由于油封的原因(电脑散热器产品都不可能使用高档油封，一般也就是普通的纸油封)，润滑油会逐渐挥发，而且灰尘也会进入轴承，从而引起风扇转速变慢，噪音增大等问题，严重的还会因为轴承磨损造成风扇偏心引发剧烈震动。出现这些现象，要么打开油封加油，要么就只有淘汰另购新风扇。

含油轴承示结构意图

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（3）磁悬浮轴承（汽化轴承VAPO Bearing）

汽化轴承(VAPO Bearing) 是由Sunon将磁悬浮技术改进而来的，就是把含油轴承的轴套硬度加强，并且采用特殊的材料，其内层表面也是经过特殊加工的，这样就克服了含油轴承不耐高温的缺点，再和磁悬浮技术配合，就大大延长了使用寿命。又称为磁悬浮轴承，是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触的一种新型、高性能轴承。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。 磁悬浮轴承示结构意图 各种风扇轴承对比 序号 1 2 3 4

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轴承结构 单滚珠轴承 双滚珠轴承 含油轴承 寿命 短 长 较长 成本 较高 高 低 一般 噪音 较大 大 一般 低 磁悬浮轴承 一般

三、散热风扇的常见技术指标

1.风量（CFM）

风量是指散热风扇每分钟排出或纳入的空气总体积，如果按立方英尺来计算，风量单位就是CFM；如果按立方米来算，就是CMM。散热风扇经常使用的风量单位是CFM(约为0.028立方米/分钟)。风量是衡量散热风扇散热能力的最重要的指标。显然，风量越大的散热风扇其散热能力也越高。这是因为空气的热容比率是一定的，更大的风量，也就是单位时间内更多的空气能带走更多的热量。当然，同样风量的情况下散热效果和风的流动方式有关。 2.风压（Inch-H2O）

风压和风量是两个相对的概念。一般来说，在厂商节约成本的考量下，要设计风扇的风量大，就要牺牲一些风压。如果风扇可以带动大量的空气流动，但风压小，风就吹不到散热器的底部(这就是为什么一些风扇转速很高，风量很大，但就是散热效果不好的原因)，相反地，风压大则往往意味着风量就小，没有足够的冷空气与散热片进行热交换，也会造成散热效果不好。 3.风扇转速（rpm）

风扇转速是指风扇扇叶每分钟旋转的次数，单位是rpm。风扇转速由电机内线圈的匝数、工作电压、风扇扇叶的数量、倾角、高度、直径和轴承系统共同决定。转速和风扇质量没有必然的联系。风扇的转速可以通过内部的转速信号进行测量，也可以通过外部进行测量。随着应用情况与环境温度的变化，有时需要不同转速风扇来满足需求。一些厂商特意设计出可调节风扇转速的散热风扇，分手动和自动两种。手动的主要是让用户可以在冬天使用低转速获得低噪音，夏天时使用高转速获得好的散热效果。自动类调温散热器一般带有一个温控感应器，能

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够根据当前的工作温度自动控制风扇的转速，温度高则提高转速，温度低则降低转速，以达到一个动态的平衡，从而让风噪与散热效果保持一个最佳的结合点。 4.风扇噪音(dB)

除了散热效果之外，风扇的工作噪音也是人们普遍关注的问题。风扇噪音是风扇工作时产生杂音的大小，受多方面因素影响，单位为分贝(dB)。测量风扇的噪声时需要在噪声小于17dB的消音室中进行，距离风扇一米，并沿风扇转轴的方向对准风扇的进气口，采用A加权的方式进行测量。风扇噪声的频谱特性也很重要，因此还需要用频谱仪记录风扇的噪声频率分布情况，一般要求风扇的噪声要尽量的小，而且不能存在异音。风扇噪音与摩擦力、空气流动有关。风扇转速越高、风量越大，造成的噪音也会越大，另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素。当然高品质的风扇的自身震动会很小，但前面两个者却是难以克服的。要解决这个问题，我们可以尝试使用尺寸较大的风扇。应在在风量相同的情况下，大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的工作噪声。另外一个我们容易忽略的因素是风扇的轴承。由于风扇高速转动时转轴和轴承之间要摩擦碰撞，所以也是风扇噪声的一个主要来源。

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