一、風扇分類與結(jié)構

原理：風扇的工作原理是按能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的，即：電能→電磁能→機械能→動能。其電路原理一般分為多種形式，采用的電路不同，風扇的性能就會有差異。

二、通常按照氣流分為三類

軸流式：氣流出口方向與軸心方向相同。

離心式：利用離心力作用將氣流沿著葉片向外甩出。

混流式：擁有以上兩種氣流方式。

三、按照驅(qū)動分類

AC風扇與DC風扇

AC風扇與DC風扇的區(qū)別：前者電源為交流，電源電壓會正負交變，不像DC風扇電源電壓固定，必須依賴電路控制，使兩組線圈輪流工作才能產(chǎn)生不同磁場。AC風扇因電源頻率固定，所以硅鋼片產(chǎn)生的磁極變化速度，由電源頻率決定，頻率越高磁場切換速度越快，理論上轉(zhuǎn)速會越快，就像直流風扇極數(shù)越多轉(zhuǎn)速越快的原理一樣。不過，頻率也不能太快，太快將造成激活困難。DC風扇穩(wěn)定性高些，目前電腦散熱全用DC風扇。

四、按照軸承類型分

含油軸承，一般是鐵環(huán)套在銅芯上，中間封存油脂。

此類風扇前期噪音比較小，成本低，但壽命短，一般在20000小時內(nèi)，到了后期由于油脂的消耗，噪音也會慢慢增大，轉(zhuǎn)速也在降低。

單滾珠軸承，使用zui普通，兩個鐵環(huán)中間有一些鋼球或者滾柱，并輔以一些油脂來減少摩擦。它使用壽命長，發(fā)熱量小，噪音值會很穩(wěn)定，而且成本中等。

雙滾珠軸承，屬于比較的軸承，采用滾動摩擦的形式，采用了兩個滾珠軸承，軸承中有數(shù)顆微小鋼珠圍繞軸心，當扇葉或軸心轉(zhuǎn)動時，鋼珠即跟著轉(zhuǎn)動。雙滾珠軸承的優(yōu)點是壽命超長，大約在50000—100000小時?？估匣阅芎?，適合轉(zhuǎn)速較高的風扇。缺點是制造成本高，并且在同樣的轉(zhuǎn)速水平下噪音zui大。

含金軸承，該軸承帶有反向螺旋槽及擋有油槽的軸芯，在風扇運轉(zhuǎn)時含油將形成反向回游，而避免含油流失，提升了軸承壽命。這種設計使得風扇的噪音明顯降低，還能延長使用壽命，只是價格偏高?？崂涞闹挟a(chǎn)品都是使用的這種軸承。

五、按照軸承類型分

磁懸浮軸承，它利用磁力原理使風扇懸空且憑借浮力吸住扇葉成360°定軌圍繞軸心形成穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。軸承兩端無任何接物，*避免了摩擦從而延長了其壽命。它不是單獨的磁懸浮技術，通常是磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+氣化軸承，特點是風量偏小，使用受限。特別適用于高速、真空、超靜等特殊環(huán)境中。散熱器制造商AVC、ENERMAX制造。

納米陶瓷軸承，軸承核心全面采用特殊的二氧化皓材料，使用沖模及燒結(jié)工藝制程，晶體顆粒由過去的60μm下降到了0.3μm，具有堅固、光滑、耐磨等特性。納米軸承的性質(zhì)與陶瓷類似，越磨越光滑，該軸承壽命更長，效率更高，噪音更少。它由富士康研制，目前僅見于富士康散熱產(chǎn)品中。

液承是AVC*的技術，是在含油軸承的基礎上改進而來的。液承擁有比含油軸承更大的儲油空間，并有*的環(huán)回式供油回路。液承風扇的工作噪音有明顯的降低，使用壽命也非常長，可達到40000小時。液承實際上仍然是一種含油軸承。

來福軸承，是在傳統(tǒng)含油軸承的改進，來福軸承采用耐磨材料制成高含油中空軸承，減少了軸承與軸芯之間摩擦力，來福軸承還帶有反向螺旋槽及擋油槽的軸芯，在風扇運轉(zhuǎn)時含油將形成反向回游，從而避免含油流失，因此提升了軸承壽命。來福軸承風扇通過采用以上結(jié)構及零件，使得含油及保油能力大幅提升，并降低了噪音。

氣化軸承，是由磁懸浮技術改進而來的，就是把含油軸承的軸套硬度加強，并且采用特殊的材料，其內(nèi)層表面特殊加工，這樣就克服了含油軸承不耐高溫的缺點，再和磁懸浮技術配合，就大大延長了使用壽命。

外磁式，風扇的特點就是將電機移動到邊框周圍，中心只以很小的軸承支撐。優(yōu)點：增大了過風面積和極大地縮小了盲區(qū)。據(jù)稱這種設計可增加30%的風量和靜壓，并且由于T.M.D技術還將扇葉與導流外環(huán)結(jié)合為一體，能夠使氣流更加集中且減少，摩擦力小，使用壽命也更長。使用空間局限性強，使用數(shù)量也較小。

流體動態(tài)軸承  也是在傳統(tǒng)含油軸承基礎上進行多項改進而成，流體動態(tài)軸承與液承可謂殊途同歸，兩種設計各自采用了一些獨到的改進措施，但精髓同為循環(huán)油路系統(tǒng)，各方面的表現(xiàn)也基本相當。通常壽命可達50000小時以上

散熱風扇市場主要品牌

德系：EBM

日系：NMB SANYO NIDEC  ORIX

臺系：AVC  SUNON DELTA ADDA  KAKU 

國產(chǎn)：深風達  永業(yè)昌    九龍

    據(jù)悉德系的zui貴，約國產(chǎn)同類產(chǎn)品的8到10倍

日系約國產(chǎn)同類產(chǎn)品的4到6倍

臺系約國產(chǎn)同類產(chǎn)品的2到3倍

六、風扇的基本組成

   定子部分與轉(zhuǎn)子部分

   定子部分：電機、外框、軸承、扣環(huán)

   轉(zhuǎn)子部分：扇葉、軸心、磁環(huán)、磁環(huán)外框及油圈

七、主要部件的參數(shù)與功能

   扇葉：

葉片傾角：傾角越大，葉片上下表面間壓力差越大，相同轉(zhuǎn)速下風壓越大。

葉片數(shù)目：風扇的葉片數(shù)目多數(shù)是7、9、11等奇數(shù)，若采用偶數(shù)扇葉，很容易使系統(tǒng)發(fā)生共振，將使葉片或軸心發(fā)生斷裂。

葉片弧度：向著旋轉(zhuǎn)風向略有彎曲，呈現(xiàn)一定弧度，可保證吹出氣流集中在出風口正前方的柱狀空間內(nèi)，增加送風距離與風壓。

主軸直徑：由于電機與軸承的存在，軸流風扇主軸所在的中心部分難免存在無氣流通過的盲區(qū)，主軸直徑便決定著此盲區(qū)的大小。

扇葉平衡：扇葉的物理質(zhì)心與軸心不在同一軸上，扇葉在運轉(zhuǎn)時會造成扇葉的不平衡，即震動。

扇框：

扇框可以對扇葉所帶動的氣流進行“約束“，控制其流出風向，抑制反激與散射，令其集中于所希望的送風風向。采用材料與結(jié)構需具有一定的強度，可以在一定程度內(nèi)承受物理沖擊，保護扇葉、電機等較脆弱的組件。

八、風扇主要技術參數(shù)指標

功率：功率即風扇單位時間內(nèi)所消耗的能量（電能），單位為瓦

啟動電壓：指當突然通電后，能夠使風扇啟動的zui小電壓。

轉(zhuǎn)速：風扇扇葉在單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，單位一般為RPM，即轉(zhuǎn)/分鐘性能越強，即風速越快，風量越大，風壓越大；同時，轉(zhuǎn)速高，摩擦、震動就多，噪音就大軸承等損耗設備的設備的壽命就短。

風量：單位時間內(nèi)通過風扇出風口（或進風口）截面的空氣體積，單位一般為CFM，即立方英尺每分，或立方米每分。風量=平均風速X過風面積?？梢?，風扇風量的大小基本取決于風速的高低與過風面積的大小。過風面積相同，風速越高，風量越大；風速相同，過風面積越大，風量越大。實際應用中，標稱的zui大風量值，并不是實際散熱片得到的送風量，風量大，也并不代表通風能力強。因空氣流動時，氣流在其流動路徑會遇上散熱鱗片的阻擾，其阻抗會限制空氣自由流通。即風量增大時，風壓會減少。因此必須有一個*操作工作點，即風扇性能曲線與風阻曲線的交點。在工作點，風扇特性曲線之斜率為zui小，而系統(tǒng)特性曲線之變化率為zui低。

九、風扇主要技術參數(shù)指標

風壓：風扇能夠令出風口與入風口間產(chǎn)生的壓強差，單位一般為mm water column，即毫米水柱（類似于衡量大氣壓的毫米gong柱，但由于壓強差較小，一般以水柱為單位）。 風壓主要取決于扇葉的形狀、面積、高度以及轉(zhuǎn)速，前三者的影響較為復雜，于轉(zhuǎn)速的關系則簡單直接——轉(zhuǎn)速越快，風壓越大。

風壓與風量之間關系：風扇產(chǎn)品所說明的風量與風壓均為理想狀態(tài)下的zui大值，即風扇入風口與出風口之間無壓強差狀態(tài)下的風量（zui大風量），以及風扇向密閉氣室內(nèi)吹風，直至風量為零狀態(tài)下氣室與外界氣壓的差值（zui大靜壓）。它們并非兩個孤立的性能指標，而是互相制約著，之間的關系就是流體力學中流速與壓強間的關系——風量隨著壓強差的增大而減小，風量、風壓的測量需要借助風洞儀進行. 就是風扇的特性曲線

噪音：它主要有三個來源：軸承的摩擦與振動、扇葉的振動、風噪。

通常一般嘈雜大街為90分貝，普通會話為60分貝，深夜、圖書館為30分貝，噪音控制好的風扇應在２７分貝以內(nèi)為宜，越低越好。

噪音值的單位為dB（A），它通?？捎迷胍粲嫓y量得到。

（風噪：流動的空氣之間互相沖擾，與周圍物體發(fā)生摩擦，葉片對氣流的分離作用，周期性送風的脈動力等，都會產(chǎn)生噪音?？諝饬魉僭娇?，湍流越多，往往風噪也越大，而且會隨著風速的提高呈加速度增大 。）

十、風扇主要技術參數(shù)指標

振動：一般采用塑料制作的風扇扇葉具有一定的韌性，可以承受一定程度的物理形變，同樣也會在推動空氣過程中因受力發(fā)生振動，但幅度一般較小。

產(chǎn)品壽命期望值L10：指產(chǎn)品發(fā)生10%不良時之預期時間，或稱信賴度90%之時間。L10=t1+(t2-t1)*0.1
t1：達不良率值zui短時間
t2：達不良率值zui長時間

不良之定義并無一定之規(guī)范，譬如：
(1)可以用一批產(chǎn)品作測試，經(jīng)2000，3000，5000，10000，18000小時后測試其轉(zhuǎn)速、消耗電流是否超出規(guī)格做為不良之定義。
(2)或以精密測量儀器測量軸心潤滑油料殘余量剩多少為不良之定義。

測試之樣品數(shù)越多則數(shù)據(jù)越可靠，zui少三個。

十一、風扇選型計算

● 當電子設備的熱流密度超過 0.08W/cm2 ，

體積功率密度超過 0.18W/cm3 時，單靠自然

冷卻不能完*它的冷卻問題，需采用強迫

風冷散熱。右下圖為溫升40℃時，各種方式的

體積功率密度 。

十二、風扇選型計算

在選用風扇之前，首先對系統(tǒng)的散熱風量預估，利用熱力

學原理分析系統(tǒng)的散熱，得到如下公式：H = Cp×M×（T2-T1）= Cp×M×△T （1）

    其中：H ：排熱量

             Cp ：比熱

             M ：空氣的質(zhì)量流率（單位時間內(nèi)流過的空氣質(zhì)量）

             T2 ：出風口的空氣溫度

             T1 ：進風口的空氣溫度

             △T ：（T2-T1），稱作溫升

質(zhì)量流率 M 的定義為：M = p×Q  （2）

    其中 Q  ：空氣的體積流率（風量）

            p  ：空氣密度

將（2）式代入（1）式運算求 Q，得到下式：

Q =          H                      （3）

         Cp  ×p×△T

若以常溫常壓下的 Cp 和 p 代入（3）式： 取 Cp =1.0kj/kg℃，p = 1.175kg/m³得到

公制  Q (M³/min) = 49.7×H(KW)  ( 4 )英制  Q（C.F.M）= 6160×H(KW)  ( 5 )

                                   △T(℉)                                                  △T(℃)

      根據(jù)這兩個公式，將排熱量 H 和溫升△T 代入，便得到所需要的風量。

系統(tǒng)的風阻特性曲線，根據(jù)流體力學分析風阻，風壓與風量的關系為：

           △P=p KQ n     ( 6 )

其中△P 為風壓，假設密度 p 為常數(shù)，則( 6 )式可以寫成下式：

           △P = KQ n      ( 7 )

其中 K 為風阻系數(shù)，隨系統(tǒng)而定，N 的值在流場中為層流( LaminarFlow) 時，n=1；流場為紊流時，n=2；一般風扇散熱系統(tǒng)的流場都是紊流，所以得到：

           △P = KQ 2      ( 8 )

若畫成風壓與風量的關系圖，其曲線為拋物線，稱作風阻曲線（如下圖所示），由于風壓和風量有這種拋物線形的關系，只要得到一組系統(tǒng)的風壓風量值，便可得到整條的系統(tǒng)風阻曲線。

靜壓損失的計算

風機向機箱內(nèi)吹風或抽風，氣流通過不同的狹窄風道產(chǎn)生摩擦力和靜壓損失，使風壓降低、風速減小。靜壓損失分為沿程壓力損失和局部壓力損失，一般地，可根據(jù)風道的形狀做出估算。通常將靜壓損失數(shù)稱為速度頭。

         Pi=α(Vi/1277)2

其中，Pi--靜壓損失（或速度頭），厘米水柱； α--為一系數(shù)，按空氣流經(jīng)不同的風道估算，見下表；Vi--風速，cm/s。風速Vi 由下式確定：

         Vi=Q/Ai

其中，Q--風量，cm3/s；Ai--風道的截面積，cm2。

風扇的選型時必須要考慮到沿程靜壓損失。

系統(tǒng)的風阻特性曲線，根據(jù)流體力學分析風阻，風壓與風量的關系為：

           △P=p KQ n     ( 6 )

其中△P 為風壓，假設密度 p 為常數(shù)，則( 6 )式可以寫成下式：

           △P = KQ n      ( 7 )

其中 K 為風阻系數(shù)，隨系統(tǒng)而定，N 的值在流場中為層流( LaminarFlow) 時，n=1；流場為紊流時，n=2；一般風扇散熱系統(tǒng)的流場都是紊流，所以得到：

           △P = KQ 2      ( 8 )

若畫成風壓與風量的關系圖，其曲線為拋物線，稱作風阻曲線（如下圖所示），由于風壓和風量有這種拋物線形的關系，只要得到一組系統(tǒng)的風壓風量值，便可得到整條的系統(tǒng)風阻曲線。

系統(tǒng)設計的重點

氣流方式：散熱風扇的使用有吹氣式和抽氣式兩種，其優(yōu)劣比較如下：

  ◆ 防塵的比較：使用吹氣式便利在入口裝設防塵綱阻絕灰塵進入系統(tǒng)，又由于系統(tǒng)內(nèi)部處于較高氣壓下，系統(tǒng)所有缺口風都會向外吹，同樣起到防塵作用。

  ◆ 散熱的比較：吹氣式風扇將風扇的熱量帶進系統(tǒng)，抽氣式則將風扇所有的熱量送到外界。

  ◆ 操作溫度的比較：吹氣式風扇在較低溫度下操作，所以能有較長的壽命，抽氣式風扇的操作溫度高，壽命相對短。

十二、系統(tǒng)設計的重點

   ◆ 氣流比較：風扇在氣流吸入部份是平均吸入，而吸出的氣流則較集中，使用吹氣式便利設計者選擇重點散熱區(qū)域加強吹氣。

干擾問題

直流風扇在運轉(zhuǎn)時由于電流的切換以及線圈電感的影響，將會產(chǎn)生傳導性 EMI，設計者必須注意到是否會與共同電源的線路發(fā)生干擾。如果風扇在嚴重 EMI的環(huán)境下運轉(zhuǎn)，就要考慮一些敏感零件受到幅射 EMI干擾的可能性，另外，*磁鐵與線圈可能會有少量磁場外溢，即所謂的 UMF，如果剛好靠近一些敏感電路或是 CRT，可能就會對系統(tǒng)造成干擾，提供良好的UMF 遮蔽外殼是風扇制造廠商的責任，但是從使用者的角度，替風扇選取適當?shù)奈恢檬菧p少干擾的有效做法。

十三、降低系統(tǒng)噪音的原則

   ◆ 減少風阻，以免需要更大更快的風扇來達成散熱目 的。

   ◆ 減少流場干擾，以降低紊流產(chǎn)生的噪音

   ◆ 在相同的風量需求之下，盡量選用尺寸大而轉(zhuǎn)速小的風扇。

   ◆ 使用柔軟且富有彈性的材料為風扇和系統(tǒng)做振動隔離，避免振動發(fā)出噪音。

十四、零件的排列重點

為得到較佳的散熱效果，下列重點提供使用或設計者參考。 

   ◆ 對溫度較敏感的零件應該靠近入風口，以保持較低的操作溫度。

   ◆ 將大型的熱源靠近出風口，以免增加其它零組件的工作溫度。

●系統(tǒng)設計的重點

   ◆ 減少風道的障礙，以免降低了風量，浪費風扇的功率，尤其在出口及入口是風道zui窄的位置，應該預留足夠的風道空間。

   ◆ 如果有區(qū)域性的高熱源，不妨多加一個小型風扇作局部冷卻。

A曲線高風阻              C曲線低風阻

●風扇特性曲線操作點介紹

性能曲線和風阻曲線的交點稱作“操作點”，操作點的意義便是風扇裝在系統(tǒng)上時所產(chǎn)生的風壓風量。 操作點的風量越大，

自然有較優(yōu)的散熱效果，但是還需考

慮噪音、空間、功率、成本等因素才能

得到一個*的設計。通常在斜率較平坦

的這一段區(qū)域內(nèi)是風扇的*使用區(qū)域，

在此區(qū)域內(nèi)，風扇的實際壽命與理論使用

壽命相近（溫度環(huán)境較好的情況下）。

我們在設計一個燈具時，其系統(tǒng)阻抗是無

法預知的，只能通過熱流體力學軟件如

Flotherm、fluent、EFD等仿真軟件模擬分析或者通過風洞測試儀測試出來。

目前存在的關鍵問題點：系統(tǒng)阻抗的確定

● 鎖定保護驗證

主要效應為風扇不燒毀，結(jié)構不失效；失效模式式為風扇不轉(zhuǎn)，結(jié)構變形等。

  ◆ 將風扇在額定電壓下鎖定轉(zhuǎn)子，不讓其風扇運轉(zhuǎn)來檢驗風扇定子的安全設置性能好壞。安規(guī)鎖定時間為 72 小時，若72 小時過后將鎖定取消，風扇還能正常工作運轉(zhuǎn)，同時電氣性能正常。

●反向保護驗證

主要效應為風扇不燒毀，風扇反向電動式不回路；失效模式為風扇不轉(zhuǎn)，有反向電動回路。

  ◆將風扇正負極電源線與供電器電源正負極反接在額定電壓下測試 72 小時，風扇不能有燒毀不轉(zhuǎn)，同時反向電流值為零 mA。

  ◆正確反向保護方式為在風扇電源正加二極體，其作用 為：

A)反向接線時電壓電流*截止，不會造成風扇燒毀。

B)風扇運轉(zhuǎn)中定子線圈會因切換電極時產(chǎn)生反向電動式，若沒有反向保護易造成該電動式電壓引起設備（特別是精密性設備和儀器）不穩(wěn)定等異常。

●抗?jié)穸闰炞C

主要效應為零件焊接及抗氧化性；失效模式為電性短路/斷路，風扇不轉(zhuǎn)、時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。

  ◆因風扇長期在使用環(huán)境中面臨不同溫濕度，濕度大小將會影響電子零件的焊接效果，以zui短有效的方法測試為將風扇置于水中通電能正常運轉(zhuǎn) 12 小時（這為破壞性實驗）。

● 材料防火等級驗證

主要效應為扇葉、外框的防火性；失效模式為防火等級不相符（為確保風扇產(chǎn)品在使用過程中安全，不因風扇產(chǎn)品選用材料不當而導致在高溫條件下引起熱變形及燃燒導常）。

  ◆ UL 94HB 可燃性標準

一個距 20mm 高藍色本生燈（酒精燈）火焰燃燒被測物本體(固定一端)30 秒鐘后移開。在火焰移開后被測體繼續(xù)燃燒，熔化物滴下來的火焰分子掉落距被測物下端 300mm處干燥的棉花層引起點燃。

  ◆ UL 94V-O，V-1，V-2 可燃性標準

一個距 20mm 高藍色本生燈（酒精燈）火焰燃燒被測物本體(固定一端)10 秒鐘后移開。假如被測物在 30 秒之內(nèi)停止燃燒，則本生燈再次燃燒原處 10 秒鐘。假如待測物熔化物滴下來的火焰分子掉落距被測物下端 300mm 處干燥的棉花層。

     A)V-O 要求：

      A-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 10 秒鐘熄滅

      A-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續(xù)不超過30 秒鐘熄滅

      A-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層不會被點燃

     B)V-1 要求：

      B-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 30 秒鐘熄滅

      B-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續(xù)不超過60 秒鐘熄滅

● 材料防火等級驗證

      B-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層不會被點燃

     C)V-2 要求：

      C-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 30 秒鐘熄滅

      C-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續(xù)不超過60 秒鐘熄滅

      C-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層會被點燃

●低溫性能驗證

主要效應為油品粘度增加或凝固，材料硬 化、脆化及收縮；失效模式為風扇不轉(zhuǎn)，材料裂損等。

  ◆ 將風扇置于-20℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和 不通電兩種方式測試 168 小時，通電風扇正常運轉(zhuǎn)，不通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉(zhuǎn)。

●高溫性能驗證

主要效應為結(jié)構變化，油品粘度降低蒸發(fā)； 失效模式為結(jié)構失效，改變特性，潤滑失效等。

  ◆ 將風扇置于 75℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和 不通電兩種方式測試 500 小時，通電風扇正常運轉(zhuǎn)，不 通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉(zhuǎn)。

● 高低溫循環(huán)（冷熱沖擊）驗證

主要效應為檢驗風扇產(chǎn)品 在兩溫度間快速變化材料異常及電子性能異常；失效模式

為外框/扇葉脆裂，零件焊點脫落等引起風扇不正常工作。

  ◆ 將風扇置于-10℃±2℃至 65℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和不通電兩種方式測試（一個周期為 12 小 時，共 10 個周期），10 個周期通電風扇正常運轉(zhuǎn)，不 通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉(zhuǎn)。