直流风扇基本知识培训

1、直流风扇知识 2016年5月18日星期三修改 散热器的组成 散热器主要部件及功用: 1.散热片（HeatSink）：增加热量挥发面积， 将热量分散，避免热集中。 2.散热风扇(Fan)：强制空气产生对流，快速 带走散热片上的热量。 3.扣具(Clip)：将散热片与发热源固定在一起。 4.导热介质(Thermal interface Material)：弥补 散热片与发热源之间的接触细缝，避免热对 流的集中现象，并增加导热面积。 风扇的作用 风扇在风冷散热器中的 职责为:凭借自身的导流 作用,令空气以一定的速 度、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

2、现“强制 对流”的散热方式。 风扇的分类 从使用电源类型来分可分为 AC与 DC两大类。 DC有5V，12V、24V、48V比较常 见;特殊的如4.5V，10V、18V等。 AC的一般为220V，110V等。 风扇的分类 从通电切换磁场的方式分：可分为有刷和 无刷两种。 有刷电机寿命短，会产生电火花。 无刷电机没有碳刷的磨损寿命长，容易高 速运转，无火花。已逐渐取代有刷电机 。 风扇的分类 从适用范围分: 其使用范围非常广 泛，譬如电脑电源风扇，机箱风扇， CPU风扇、显卡风扇、冰箱风扇、 汽车风扇等等。 电 脑 风 扇 组 成 风扇的组成 分为转子部分和定子 两部分： 转子：包括扇叶、轴 心

3、、磁环、磁环外框 及油圈。 定子：包括电机、外 框、轴承、扣环等。 风扇尺寸规格风扇尺寸规格 尺寸规格通常用一个4位数字来描述，例如： 4010、4020、5010、9025等。4位数字的前 两位代表风扇正方形底面的边长；后两位代表 风扇的厚度，单位为毫米。 风扇的电气结构 控制部分：由霍尔IC 、线路板等元件组成。 电机绕组部分：由硅钢片、漆包线和上下绝缘线架 组成。硅钢片的功能是负责将磁场导出，以便于确 定N、S的强弱；而绕组决定磁场的方向，包括N、 S极和控制信号，不断改变绕组极性，推动磁框运 转，达到做功的目的。定子绕组多为四相对称分布， 即互成90夹角。 固定磁场部分：由磁环提供固定

4、磁场，以用于旋转 时的比较动力。 风扇的轴承系统 轴承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,又分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 风扇的轴承系统-含油轴承 含油轴承由铜基粉末烧结而成，需加黄油润滑脂减少磨擦系数。 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，油量逐渐减少，轴 承的摩擦与振动增加。由此导致轴承噪音增大，磨损加剧，寿命缩短， 通常产品寿命为800010000小时 。 风扇的轴承系统-滚珠轴承 单滚珠轴承(1 Ball+1 Sleeve Bearing) 是

5、对传统含油轴承的改进，采用滑动 摩擦和滚动摩擦混合的形式，其实就是用一个滚珠轴承搭配一个含油轴承的 方式来降低双滚珠轴承的成本，它的转子与定子之间 用滚珠进行润滑，并配 以润滑油。 双滚珠轴承(2 Ball Bearing) 属于比较高档的轴承，采用滚动摩擦的形式，采 用了两个滚珠轴承，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。 双滚珠轴承的优点是寿命超长，大约在50000-100000小时。抗老化性能好， 适合转速较高的风扇。 风扇的轴承系统-陶瓷轴承 陶瓷轴承技术采用了特殊的高分子材料与特殊添加剂充分融合，轴承核心

6、全 面采用特殊的二氧化皓材料，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。陶瓷轴承具有很强的 耐高温能力，不易挥发，这大大延长了风扇的使用寿命，纳米轴承的性质与 陶瓷类似，越磨越光滑。据测试，采用纳米陶瓷轴承的风扇平均使用寿命都 在15万小时以上。 风扇的轴承系统-液压来福轴承 液压来福轴承采用液压自动循环油路系统，通 过特殊油路连接轴承与储油槽，令润滑油形成 循环回路 ，增加储油量，避免油流失。是延 长风扇寿命的经济型解决方案。 来福轴承来福轴承(Rifle Bearing) 作为传统含油轴承的改进，来福轴承采用耐磨材料制成高含油中空轴承

7、 ，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。 流体动态轴承(Hypro Bearing) 流体动态轴承可以看成是来福轴承的改良版，利用人字形的沟槽设计 可以有效的提升流体压力。不同于来福轴承的循环回路供油系统，流体动 态轴承将润滑油脂始终固定在了轴心内部。这种“流体动态轴承”，利用 微细沟槽的流体力学特性让轴与轴承间隙中充满润滑剂，为了让润滑剂保 存住，轴承表面刻有人字型沟槽，主轴旋转时流体压力升高，还可以使润

8、滑剂集中在轴承内部，不容易泄露（这也是油封轴承最大的问题）。另外， 采用这样的轴承设计，不但进一步提高了风扇的使用寿命，并且还能进一 步增强风扇在运行过程中的降噪效果，让风扇更加安静。当然相对于成本 来说也相对较低，寿命也更长。 磁浮轴承 磁浮轴承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。 其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就 固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，让成整个 转子悬空。 气压球形轴承（Barometric Ball Bearin） 使用这种轴承技术的风扇相比传统轴承有着更加长久的使用寿命以及更低的 噪音

9、。从结构上来看，这种气压球形轴承类似于磁浮轴承，只不过将固定金属球 体的磁铁置于风扇的底部。并且在风扇轴心外框形成一定的气压来保证轴心旋转 的稳定。在使用寿命上，气压球形轴承有着高达10万小时的平均无故障运行时间 ，相比滚珠轴承风扇来说，优势更加明显。但是由于目前使用这种轴承的厂商不 多，所以导致价格比较昂贵。 液压轴承(Hydraulic Bearing) 液压轴承是在含油轴承的基础上改进而来的。液压轴承拥有比含油轴 承更大的储油空间，并有独特的环回式供油回路。液压轴承的平均寿命为 40000小时，最初由AVC首创。随着目前更多的散热器厂商使用液压轴承 技术，让这种轴承类型的风扇在目前散热器

10、市场上有着较高的比重。低廉 的价格和低噪音成为了不少普通装机用户的首选。 风扇的轴承系统性能对比 从上面的表中我们可以看出，目前含油轴承与液压轴承由于有着更低的生产工艺以 及制造成本，让其仍然成为目前市场上大多数散热风扇所使用的轴承类型。虽说在寿命 上只有4万小时，但是如果按每天开机10小时计算，其使用寿命也长达10年之久，何其 低廉的价格相比，对于大多数人来说，还是非常超值的了。不过由于目前国内风扇品牌 的繁杂，存在一些以次充好的现象，所以在选择时我们应该尽量选择那些口碑比较好的 品牌。 风扇的组成-扇叶 叶片倾角：倾角越大，叶片上下表面间 压力差越大，相同转速下风压越大。 叶片数目：风扇的

11、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。 叶片弧度：向着旋转方向略有弯曲，呈一 定弧度，可保证吹出气流集中在出风口正前方的柱 状空间内，增加送风距离与风压 。 主轴直径：由于电机与轴承的存在，轴流风扇主轴所在的中心 部分难免存在无气流通过的盲区，主轴直径便决定着此盲区的 大小。 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，即振动。 风扇的组成-扇框 扇框可以对扇叶所带动的气 流进行“约束”，控制其流出方 向，抑制反激与散射，令其集 中于所希望的送风方向。 采用材料与结构需具有一定的 强度，可以

12、在一定程度内承受物 理冲击，保护扇叶、电机等较脆 弱的组件。 风扇性能-功率 功率即风扇单位时间内所消耗的能量（电 能），单位为W（瓦） 。 额定工作电压与最大电流，将两个数值相 乘即可得到风扇额定电压下的功率P=UI。 功率低，风扇电机发热量减少，可增加风 扇的寿命。 风扇性能-启动电压 启动电压是指当突然通电后，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。 常规风扇的启动电压都在7V以下。 风扇性能-转速 转速即风扇扇叶在单位时间内旋转的周数， 单位一般为rpm(round per minute)，即转/分 钟。 转

13、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短。 风扇性能-风量 风量即单位时间内通过风扇出风口（或进风口） 截面的空气体积，单位一般为cfm，即立方英尺每 分，或cmm，即立方米每分 风量平均风速 x 过风面积。可见，风扇风量的 大小基本取决于风速的高低与过风面积的大小。 过风面积相同，风速越高，风量越大；风速相同， 过风面积越大，风量越大。 风扇性能-风压 风压即风扇能够令出风口与入风口间产生 的压强差，单位一般为mm water column， 即毫米

14、水柱（类似于衡量大气压的毫米汞 柱，但由于压强差较小，一般以水柱为单 位）。 风压主要取决于扇叶的形状、面积、高度 以及转速，前三者的影响较为复杂，于转 速的关系则简单直接转速越快，风压 越大。 风扇性能-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 借助风洞仪进行. 风扇性能-噪音 风冷

15、散热器的工作噪音主要有三个来源： 轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。 通常一般嘈杂大街为90分贝，普通会话为 60分贝，深夜、图书馆为30分贝，噪音控 制好的风扇应在27分贝以内为宜，越低越 好。 噪音值的单位为dB（A），它通常可用噪音 计测量得到。 风扇性能-噪音 1.轴承的摩擦与振动：不但产生噪音，而且 影响性能，缩短器件寿命。 2.风噪：流动的空气之间互相冲扰，与周围 物体发生摩擦，叶片对气流的分离作用， 周期性送风的脉动力等，都会产生噪音。 空气流速越快，湍流越多，往往风噪也越 大，而且会随着风速的提高呈加速度增大 。 风扇性能-噪音测试 风扇性能-振动 一般采用塑料制作的风扇扇叶

16、具有一定的韧性， 可以承受一定程度的物理形变，同样也会在推动 空气过程中因受力发生振动，但幅度一般较小。 另一种较为严重的振动则是由于扇叶质量分布不 均，质心与旋转轴心存在偏心距所致。当扇叶面 积（质量）或偏心距较大的情况下，会带动风扇 整体发生振动。 对超出平衡等级的扇叶，可通过扇叶平衡校正仪 来校正。 扇叶平衡校正仪 风扇性能-异音 噪音听起来只有单纯的风声，噪音是一种声波， 具有声波的一切特性而异音则不同，风扇运转 时，除风声以外，还有其它声音发出（有两种以 上的声音发出），风扇运转时，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，都可能造成异音。则

17、 可判定风扇有异音。 异音检测普遍用耳听的方法，主观因素较大，不 容易识别，也易引起争议,通常以建立限度样品为 标准，检验人员需经过培训后才可以上岗作业。 风扇性能-FG信号 风扇除正负两条电源线以外,还有第三条导线, 输出FG信号。 FG信号的作用是供主板计算风扇 的转速,还 有当风扇出现异常停止转动时,信号线输出高 压信号反馈给主板报警。 3Pin风扇无方波或波形有长短波，突波，都 可能导致主板无法测速或出现测速误差。 风扇性能-PWM信号 Intel为新型LGA775CPU设计了智能CPU风扇控制 功能。 该功能必须配合4Pin 风扇来实现，其中一条就是 PWM信号线。 该功能可以自动调

18、节CPU风扇的转速，当CPU工 作温度较低时，风扇运行在低转速状态下；当 CPU工作温度较高时，CPU 风扇则运行在高转速状态下。 风扇的应用 应用于notebook cooler:2010、2507、2510、 3007、3010、4007、4010等。 应用于GPUVGA cooler：4007、4010、5010等。 应用于CPU cooler：5010、5015、6010、6015、 6025、7015、7025、8025、9025等。 应用于power cooler：8025、9025、12025等。 应用于HDD cooler：5010、6010、7015等。 应用于system cooler：8025、9025、12025等。 风扇使用注意事项 取用风扇，拿取外框两侧，不可拉扯导线。 风扇使用注意事项 取用风扇，不可碰触或挤压扇叶与外框。 风扇使用注意事项 风扇严禁掉落地面，或敲击外框任何面。 风扇使用注意事项 风扇电源需依照规格电压安装使用 风扇料号编码原则 RA-D-4010-D-M-3 -01 1 2 3 4 5 6 7 1：RA表示风扇成品代码 2：表示风扇功能 D：普通风扇(General) B：鼓风机风扇(Blower) T：温控风扇 (Temperature) L： LED风扇 (LED) A：自动启动风扇 (Atuo S