1、风扇培训入门教材,PSC MOTOR & FAN , INC 深圳桐林散热设备有限公司 业务部2013年制,培训提纲,风扇散热使命 风扇原理 风扇分类介绍 风扇结构介绍 风扇工艺流程 风扇技术介绍及技术指标 风扇性能与测试 风扇使用注意事项 风扇应用领域 同行介绍及发展趋势,风扇散热使命,随着科技的不断进步，电子产品的功能愈强，个 人电脑的普及，使得各项工作几乎都与电脑离不 开关系，同时电脑的功能的不断强大、电子元件 的集成度愈发强大，电子元件所产生的热量和噪 音，却让我们感到厌烦，因此电子元件的散热变 的愈加重要； 风扇是利用强制热对流的方式散热，他凭借自身 的导流作用,令空气以一定的速度、
2、一定的方式通 过散热片,利用空气与散热片之间的热交换带走其 上堆积的热量,从而实现“强制对流”的散热方式。,风扇原理,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。,风扇分类介绍,风扇分类：1. 按叶型与空气流动方式分： 轴流风扇（Axial Fan）、离心风扇（Centrifugal Fan） 、鼓风机（Blower）； 2. 按工作电流方式分： 直流风扇（DC FAN）、交流风扇（AC FAN）； 3. 按风扇的用途分： 电源风扇（POWER FAN）、机箱风扇、音响风扇、冰箱风扇、汽车 扇、桌上型电脑风扇（
3、DESK TOP）、笔记本风扇（NOTEBOOK FAN） VGA FAN、GPU FAN、SERVICE F AN、PDA FAN、LCD FAN； 另外，直流风扇自身细分又很详细： 按工作电压分：DC 5V、12V、36V、48V； 按导线或功能分：2PIN、3PIN（FG）、4PIN（FG PWM）； 按外框尺寸分：25MM、30MM、40MM、50MM、56MM、70MM； 按电路系统、轴承系统、铁心结构又可以更做细分；,风扇按流体方向分类,透平机械 turbomachinery ： 具有叶片的动力式流体机械。透平机械的共同特点是装有叶片的转子作高 速旋转运动，流体（气体或液体）流经叶
4、片之间通道时，叶片与流体之间产生 力的相互作用，借以实现能量转化。按能量转化方向的不同，透平机械分为原 动机和从动机。原动机将流体的能量（热能、势能或动能）转化为机械能；从 动机和原动机在原理和结构上基本相同，只是工作过程相反。 透平机械主要分为轴流式和径流式（离心式或向心式）两种。在轴流式机械 中，流体沿轴向流动；径流式机械中，流体主要沿着径向流动。还有一种斜流 式机械，流体的流动方向介于上述两者之间。风扇按流体方向分类说明： 有轴流和径流式两种； 轴流式风扇工作时，叶片推动空气以与轴 相同的方向流动，所以称为轴流风扇 （AXIAL FAN） ； 径流式风扇工作时，叶片推动空气以与轴 相垂直
5、的方向（即径向）流动，所以称为 径流风扇（BLOWER） 。,风扇极性与功能分类说明,按导线分：2PIN 、 3PIN 、 4PIN 按功能分：普通风扇（2PIN）、三线 风扇（FG OR RD）、四线风扇（FG & PWM)、温控风扇等；,风扇外框尺寸分类说明,按风扇的长宽高（L * W * H）分： 如40*40*10 mm、74*60*10.5 mm;,风扇结构介绍,风扇的组成,风扇组成图,风扇组装工艺流程,风扇重点参数管控,风扇的电气结构,风扇技术介绍及技术指标,技术介绍 Innovative motor technology, Intelligent electronics, aer
6、odynamics EC technology技术指标 风量&风压(Air Flow and Air pressure) 风扇噪音(Noise) 使用寿命(Lifespan) 送风形式 叶片(Blade) 轴承(Bearing System),风量风压说明,风扇的风量&风压是决定散热效能的主要因素, 风量（Air Flow）：风量就是每分钟风和送出或吸入空气的体积 单位M3/min(ft3/min),每分钟多少立方米(立方英尺)。(CFM 或CMM) 风压(Air Pressure)：风压就是风扇克服阻力进行送风时所需要产生的压力，分为静压和动压。 静压是指平行于气流方向测量到的压力， 动压是
7、气体流动所需动能转化为压力的过程 单位:mm/H2O(inch/H2O),风压水柱多少毫米(英寸)。 风量&风压测试设备(风洞仪) ；风扇的特性(P&Q)曲线,风扇的轴承系统,轴承(bearing system）作为风扇寿命的瓶颈因素，同时也对风扇的工作噪音、制造成本有着重要的影响。 风扇的轴承系统可分为： 滚珠轴承（单滚珠轴承和双滚珠轴承） 含油轴承 陶瓷轴承 液压来福轴承 动压轴承等 好的风扇，除了其风量大和风压高之外，自身的可靠性是相当的重要，其中，风扇使用的轴承起着非常重要的作用。一般高速风扇使用滚珠轴承(ball bearing)，而低速风扇则使用成本较低廉的自润轴承(sleeve
8、bearing)。每个风扇都需要两个轴承，一些风扇上标着“BS“的字样，是单滚珠式轴承，BS的意思是“1 ball + 1 sleeve“，依然带有自润轴承的成分。比BS更高级的是双滚珠式轴承，即Two Balls。下面将对各种轴承形式加以说明。,轴承分类介绍,含油轴承(Sleeve Bearing)： 由铜基粉末烧结而成，需加黄油润滑脂减少磨擦数。 优点：耐外力冲击，成本较低。 缺点：长期使用后，润滑油会因摩擦发热而挥发； 通常产品寿命为20000 30000 小时。 滚珠轴承(Ball Bearing) 含油轴承由于使用周期较短，轴承内部的油控直接影响运转时噪音大小，所以越来越被各知名大厂
9、所摒弃。双滚珠轴承现在被业界广泛看好，成为高品质散热器风扇的首选，运转稳定性无出其右，但价格也较高。而作为物美价廉的选择，各大厂商的折衷方案就是采用单滚珠轴承。,轴承分类介绍,单滚珠轴承(single or 1 sleeve bearing) 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。,轴承分类介绍,双滚珠轴承(2 or double bearing) 双滚
10、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。
11、,轴承分类介绍,来福轴承(Rifle Bearing) 来福轴承(Rifle Bearing)技术的代表厂商是CoolerMaster，CM已经将旗下的大部分传统油封轴承风扇升级到来福轴承。作为传统油封轴承的改进，来福轴承采用耐磨材料制成高含油中空轴承，减小了轴承与轴芯之间摩擦力，来福轴承还带有反向螺旋槽及挡油槽的轴芯，在风扇运转时含油将形成反向回游，从而避免含油流失，因此提升了轴承寿命。来福轴承风扇通过采用以上结构及零件，使得含油及保油能力大幅提升，并降低了噪音。HYPRO轴承(Hypro Bearing)Hypro 轴承之名来源于HY(Hydrodynamic wave，流体力学波)PRO
12、(Oil protection system，油护系统)，系知名散热器及风扇设计制造厂家ADDA的专利产品，同是在传统含油轴承基础之上进行多项改进而成。Hypro与液压轴承可谓殊途同归，两种设计各自采用了一些独到的改进措施，但精髓同为循环油路系统，各方面的表现也基本相当。通常产品寿命可达50000小时以上。,轴承分类介绍,液压轴承 (Hydraulic Bearing) 液压轴承是由AVC首创的技术。同样，它也是在油封轴承的基础上改进而来的。液压轴承拥有比油封轴承更大的储油空间，并有独特的环回式供油回路。液压轴承风扇的工作噪音又明显的降低，使用寿命也非常长，可达到40000小时。但并非所有的A
13、VC散热器都采用液压轴承风扇。由此可见，液压轴承实质上仍然是一种油封轴承。但这种经过了改进，寿命比普通油封轴承大大延长了，并且继承了油封轴承的优点运行噪音小。,轴承分类介绍,纳米轴承 富士康在其产品中首先引入了纳米轴承。传统油封轴承风扇在使用过程中磨损比较严重，长时间使用时的可靠性较低。纳米轴承有效的克服了这个问题：陶瓷轴承技术采用了纳米级高分子材料与特殊添加剂充分融合，轴承核心全面采用纳米级的氧化锆粉，使用冲模及烧结工艺制成，晶体颗粒由过去的60um下降到了 0.3um，具有坚固、光滑、耐磨等特性。 纳米陶瓷轴承(NCB)具有很强的耐高温能力，不易挥发，这大大延长了风扇的使用寿命，纳米轴承的
14、性质与陶瓷类似，越磨越光滑。据测试，采用纳米陶瓷轴承(NCB)的风扇平均使用寿命都在15万小时以上。,风扇轴承结构设计分类,风扇转子- 扇叶,风扇转子组成：轴心/ 扇叶/ 马达壳 / 胶磁； 叶片数目：风扇的叶片数目多数是7、9、11等奇数，若采用偶数扇叶，很容易使系统发生共振，将会使叶片或轴心发生断裂； 扇叶平衡：扇叶的物理质心与轴心不在同一轴上，扇叶在运转时会造成扇叶的不平衡，即震动。,风扇噪音,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
15、，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
16、个主要来源。,风扇噪音,风扇噪音的来源有： 1振动 假如风扇转子转动时转子的物理质心与转轴惯性中心不在同一轴上，便会造成转子的不平衡。转子的物理质心与转轴惯性中心的最近距离称为偏心距，转子不不衡造成偏心距，当转子转动时由于离心力的作用产生一作用力于转轴支架而形成振动，且振动经由基路径传递到机械各部份。 2风噪 风扇工作时，由于叶片周期性地承受出口不均匀气流的脉动力作用，产生噪声；另一方面，由于叶片本身及叶片上压力的不均匀分布，转动时对周围气体及零件的扰动也构成旋转噪声；此外由于气体流经叶片时产生湍流附层面、旋涡及旋涡脱离，引起叶片上压力分布的脉动而产生涡流噪声。这三种原因所引起的噪音可以综合性
17、地称为“切风噪音”,一般风量风压大的风扇，其切风噪声也较大。 3异音 风噪听起来只有单纯的风声，而异音则不同，风扇运转时，除风声外，若还有其它声音发出，即可判断风扇出现了异音。异音可能因轴承内有异物或变形，以及组装不当而出现碰撞，或电机绕组缠绕不均，造成松脱，都可能产生异音。,风扇性能与测试,风扇性能- 功率(Power) 功率即风扇单位时间内所消耗的能量（电能），单位为W-瓦； 额定电压：风扇工作时的标准供电电压； 额定电流：风扇额定电压下工作时的工作电流； 额定功率(Rated Power)= 额定电压(Rated Voltage)* 额定电流(Rated Current)；风扇性能- 启
18、动电压(Starting Voltage) 启动电压是指：在电源电压先归零条件下，接通风扇，旋转电压旋钮，使电压缓缓提高，能够使风扇启动的最小电压。 因板卡提供的电压可能会不稳定，启动电压越低，可确保在电压不稳时，能低压激活启动风扇。 常规12V 风扇的启动电压都在7 V以下； 常规5V风扇的启动电压都在3.5V以下；,转速电流,转速(Speed) 即风扇扇叶在单位时间内旋转的周数，单位一般为rpm ， 即转/分钟。 转速可以影响到风速、风量、风压、噪音、功率，甚至使 用寿命。转速越高，风扇性能越强，即风速越快，风量越大，风压越大；同时，转速高，摩擦、振动就多、噪音就大，轴承等损耗设备的寿命就
19、短。 电流：风扇在额定工作电压下，风扇流过的电流；,FG 信号波形,PWM 信号,风压P、风量Q,风压与风量的关系,风扇产品所说明的风量与风压均为理想状态下的最大值，即风 扇入风口与出风口之间无压强差状态下的风量（最大风量）， 以及风扇向密闭气室内吹风，直至风量为零状态下气室与外界 气压的差值（最大静压）。它们并非两个孤立的性能指标，而 是互相制约着，之间的关系就是流体力学中流速与压强间的关 系风量随着压强差的增大而减小，风量、风压的测量需要借助风洞测试仪进行 测试标准：the standard of American AMCA-210,噪音,振动与平衡标准,风扇性能,风扇使用注意事项,风扇储
20、存温度湿度： Storage temperature -40 + 70 Relative humidity (45 85%)风扇使用温度： - 1 0 + 70 ,注意事项,注意事项,注意事项,注意事项,注意事项,注意事项,风扇应用领域概览,Computers and office technology,Electronics,Automotive,Heating,Machines and systems,Agriculture,风扇应用领域概览,Telecommunication System,Medical and laboratory technology,Drive technolog
21、y,Rail technology,Air Conditioning,refrigeration industry,风扇应用领域(一),Electronics Cooling is being used by network suppliers, telecom operators who use the units for electronics cooling in mobile telephone base stations.,风扇应用领域(二),Ventilation is being used a.o. in offices, hotels, swimming pool halls,
22、 meeting halls and shopping centers.,风扇应用领域(三),Warm Air Heaters are being used a.o. in factory halls, vehicle workshops and sport centers.,同行介绍及发展趋势,同行介绍 ebmpapst : world market leader in fans and motors; ziehl-abegg: leader in fans; www.ziehl- NMB: leader in bearing system; 发展趋势 Environmentally and economically Erp 2015 Controls Total Solution,Thank you,
