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５．导体（Ｃonductor）与电阻系数（Ｒesistivity）

一条铁丝、铜线、铝条，都可用来当做电线，所有的金属都会传导电流，我们称为导体。

会导电的金属也都会传导热，最好的导体是金，其次是银。

但金、银为贵金属。

故电线一般都用铜或铝制造；

而ＩＣ内部的电路用铝；

ＰＣ板的印刷电路则用铜。

散热片则用铝制造。

金、银的电阻系数（Ｒesistivity）比铜、铝小，也就是金、银比铜、铝更容易导电。

换言之，同样线径，同样长度的金、银线，其电阻比则以铜、铝线的为小。

　　　　　　　Ｒ＝Ｌ／Ａ²

　　Ｒ：

电阻　　　　：

电阻系数

　　　　　　　　　　　　　　　　Ｌ：

线长　　　　Ａ＝π（D/2）²

电阻的单位为欧姆（ohm）　　　　Ｄ：

线径

６．绝缘体（Insulator）与静电（StaticCharge）

（1）瓷（Ｃeramic）、玻璃（Ｇlass）、塑胶（Plastic）及橡胶（Rubber）等均不会导电，称为绝缘体。

电线的绝缘外皮在４０年前大都用橡胶，但因石化工业之发展，现在皆用塑胶。

电力公司之高压（数千伏特以上）输电线路的定子（Insulator）则采用瓷质，因高压线很粗重需要硬质的瓷器作定子。

（2）绝缘体一般不传热，但塑胶因属于有机化合物（即碳水化合物），遇热会燃烧。

本公司风扇外框扇叶所用的PBT（PolybutyleneTerephtalate）中文名称为聚丁烯对二甲酸酯，是一种工程塑胶，内含玻璃纤维及锑混合物，故能防燃，属于UL94V-O耐燃等级。

（3）本公司马达线圈所用为漆包线，因其线径有小于0.05公厘，已无法用塑胶做外皮，故用漆（Enable）做绝缘。

又线圈是绕在PBT所成形的绕线套（Bobbin），故其绝缘阻抗比一般同业的风扇马达其绕在硅钢上之线圈磁极高出很多。

（4）绝缘体因不会导电，故电荷（Electriccharge）会积在绝缘体表面。

办公室所用的透明塑胶或塑套有时会吸住小纸片，或相迭的的两张透明胶片会相互吸住，是因为上面有静电（Staticcharge）所致。

身上穿尼龙质衣物亦会使人身带有静电。

此累积的静电可达数百伏特之高压，而风扇内的霍耳IC（HallIC）最怕静电，故作业员要在手腕事一防静电环并接地，以消除人体静电，避免损害霍耳IC。

7．直流电与交流电

电池是利用化学作用以产生电压的电流器，有正（+）、负（-）极之分。

如果用电线接一电灯，电流自正极流出自负极流回电池，如下图所示：

如果电池的正负极反接，电灯泡一样会亮，但电流表会反向。

电池的电因电流方向必自正（+）极、流向负（-）极，称为直流电（DirectCurrent），简称DC。

家里或办公室的电源插头内两端的+/-极因是交互变换，我们称为交流电（AlternativeCurrent）简称AC。

交流电+/-极变换一次，称为一周（Cycle）。

每秒钟变换周数称为频率，以赫兹（Hz）表示。

台湾电力公司的交流电每秒种变换60次，故频率为60Hz。

国外的交流电亦有50Hz，电压有110V及220V。

要看到交流电的变换则需用“示波器”。

其波形为正弦波形（SineWave）如下图：

8．欧姆定律（Ohm’sLaw）

欧姆是电阻的单位（参考５电阻公式），一条电线的电阻值与线径的平方成正比。

同样长度、较粗的电线则电阻较小；

较细的电线则电阻较大。

本公司的风扇马达，具绕线套之内用电线绕成线圈（Coil）。

在DC电气规格书内有线圈规格：

0.06/380、0.07/270等等。

0.06表示线径0.06公厘，380表示线圈绕380圈。

线圈的电阻值可以用5的公式计算出来，而实用上都以电表测量之。

欧姆定律：

电线的电阻值等于电线两端的电压（伏特Volt）除以通过电线的电流（安培Ampere）。

如下式所示：

R=V/I欧姆（Ω），以电路表示如下图：

欧姆定律是电学的基本原理，我们可以用下列来说明，以帮助彻底了解。

电池的电压：

相当于水龙头的水压

电线的线径：

相当于水管的管径

所以电阻大即线径小，相当于水管阻力大。

电流的大小：

相当于流出水量的大小。

注：

Ohm：

欧姆（1787-1854）德国物理学家。

Ampere：

安培（1775-1836）法国物理学家。

Volta：

伏特（1745-1827）意大利物理学家。

Faraday：

法拉第（1791-1867）英国物理学家、化学家。

9．半导体（Semiconductor）

自七十年代至九十年代，在这三十年间电脑科技急速发展，电脑从一间机房才容纳得下，到八十年代的个人电脑更进步到可携式电脑或笔记本型电脑（Notebook）。

电脑的中央处理器（CPU）之速度已发展到四亿赫兹（400MHz）。

这些成就都是因为半导体技术之神速进步。

Intel的pentiumⅡ之CPU包装了500万个电晶体，其上面的铝线路宽度仅0.25µ

m（0.00025公厘）。

IBM最近发展铜线路，其宽度可小至0.13µ

m。

半导体是在硅（Silicon）元素（为单晶体结构SingleCrystal）以扩散的制程（DiffusionProcess）渗入三个或五个的杂质（Inpurity）。

渗入三个元素者形成P型半导体；

渗入五个元素者，则形成N型半导体。

在常温下，P型半导体内含有[游离状态的电洞]（IonizedHole）；

而N型半导体内含有[游离状态的电子]（IonizedElectron）。

电洞与电子均能导电。

如果一块P型半导体，再渗入五个元素时，可以形成P-N会合面（P-NJunction），如下图：

会合面

此P-N会合面之导电与否,依电压、极性而定：

顺向偏压逆向偏压

+－－+

Ｐ接正极为顺向偏压（ForwardBias）,其导电性如导体；

P接负极为逆向偏压（ReverseBias），其导电性如绝缘体。

P-N会合面之导电性因偏压方向不同可成为导体或绝缘体，故称之为半导体（Semiconductor）。

10．电子零件简介

（1）在风扇外框的底座圆盘与绕线套之间有一个圆形的印刷电路板（PrintedCircuitBoard）简称PCB或PC板，PC板有电子回路用以驱动及控制线图的电流，构成回路的零件约有十颗，简介如下：

（2）

电阻（Resistor），符号为R，记号，其作用在限制电流，单位：

欧姆（Ω）。

另有热敏电阻（Thermistor）其电阻值随温度变化。

用于温控电路。

（3）

电容（Capacitor）符号为C，记号，电容是由两片导体形成+/-极（有的电容无正负极）。

其作用可储存静电（参考6），在电路产生的[突波]（Spike）或涟波（Ripple），可用电容予以吸收之，单位：

法拉（F）。

实用上单位µ

F或PF。

（4）

二极体（Diode），符号为D，记号，正极为P型半导体，负极为N型半导体。

其作用有如单行道，电流只单向流通，故可做风扇电源反向保证之用。

（5）稽纳二极体（ZenerDiode），符号为Z，记号，其作用有如防止爆炸的压力阀，当压力超过定额时，压力阀会打开使容器内之压力降低。

稽纳所控制是电压，当电压超过稽纳的额定电压时，稽纳二极体立即短路使电压不再上升。

此作用在电子学上称为钳制（clamping）。

好象一把钳子可以夹住一定的电压。

（6）

电晶体（Transistor），符号为Q，记号BC，电晶体有三接

E

脚，分别为射出极，基极及集极，又分PNP及NPN两大类。

其运用

因线路接法而变化多端。

用于第三条导线时，其作用为一固态开关

（Solid-StateSwitch）,即霍耳IC产生的正负电压，接到基极，可以开

（ON）或关（OFF）电晶体，使线圈导电或断电，有如电源开关的功

用。

（7）霍耳（Hall）IC，符号为IC，记号为，霍耳IC为风扇马达电子回路中最重要的零件。

其作用是来自扇叶内缘的橡胶磁铁N、S极，其感应磁场之变化而产生电压，用控制线圈的电晶体来导电或断电。

当风扇停止时，扇叶之N极或S极必吸住而停于硅钢片的磁极上。

霍耳IC在PC板之位置，经PC板与绕线套之扣合（由绕线套上的倒勾脚，扣入PC板上的小孔）而在某一磁极旁。

以便电源接通时，霍耳IC立即经磁场感应，送出高电位，以便启动风扇。

11．电磁效应（Electro-MagnetorEffect）

（1）§

2曾提到地球是一大磁铁。

当乌云密布发生雷雨时，闪电即是云层内的正、负静电，放电的现象。

宇宙太空中存在着磁场及电场（电场即静电的影响力所及之处），电视台、广播电台的天线发射的讯号，其实是频率很高的电场及磁场交互变化，称为电磁波（Electro-MagnetorWave）,所以我们只要架设一条电线在空中（即天线）就可感应其电磁场而收到讯号。

（2）一条电线如通过电流，以电线为圆心会产生同心的磁力线，磁场的强度与电流大小成正比。

（3）如把这条电线成线圈，通过电流后，中心会产生磁力线，自一端出经外面空间再经另一端入。

这个线圈就像变成一块磁铁一般。

如下图所示。

（4）一条电线在磁场内运动，而且与磁力线方向垂直切割磁力线，该电线的两端会产生电压，电压的大小与运动切割磁力线的速度成正比。

也与磁场强度成正比。

此电线如急速向下运动，则电线a,b端有电压产生，a端为+，b端为-。

运动方向如相反（向上运动）则a,b两端的电压方向也相反（a为-，b为+）。

（5）如把此电线绕成线圈在磁场旋转，如下图所示，则线圈会产生电压，其电压大小与磁场强度及旋转速度成正比。

在磁场中旋转线圈使其产生电即发电机，发电机的设计通常是线圈在外成定子，磁场N，S极在中心成转子。

以上所述由电流产生磁场或在磁场中运动线圈产生电压的现象，我们称为电磁效应。

12．电磁铁﹑磁化及永久磁铁

§

11节第3点所述之线圈中心如困置入一块铁条，当线圈通过电流时，该铁条即被磁化变成磁铁。

但电流中断后，铁条的磁性立即消失（会剩一点点磁性），此种铁材称为电磁铁。

绕线圈的上，下磁极的硅钢片及中心的金属管皆属于电磁铁材质，当绕线套的线圈通过电流时即会磁化之。

另一种磁铁材质磁化后，其磁性会永久保持，我们称为永久磁铁（PermanentMagnet）。

扇叶内缘的橡胶磁铁于磁化即成为永久磁铁，由于扇叶为圆形，故采用软性之橡胶材质，以便置入扇叶。

橡胶磁铁的磁力线密度至少在400ㄧ700高斯，这是充磁面即垂直面对硅钢片之高斯值。

而下面对着霍耳IC的磁力线密度略低，须与霍耳IC之特性配合。

第二章风扇马达的原理与架构

第一章所述的电磁原理，对于非电机科毕业者或许有些艰难，但皆含盖于高中物理学，多次复习必能了解。

在进入第二章之前，新进人员必须亲手制造几枚风扇，包含焊接PC板﹑绕线﹑组立线圈成品及组装风扇。

风扇如果不良，应学习修理。

修理不良风扇时，先学习如何拆解风扇。

会修理回路故障，即可掌握回路特性及原则，会修理轴心组装不良，即可了解组装架构。

1.马达运转原则

风扇马达之转动是利用磁铁同性相斥异性相吸之原理，在扇叶的橡胶永久磁铁与绕线套（定子）的硅钢片磁极之间所产生的扭力为动力。

（参阅第一章§

4）

假设硅钢磁极被线圈（L1或L2）磁化为N极，扇叶橡胶磁铁的N极相斥与S极相吸而将扇叶依反时针方向推动。

当扇叶S极转动到N极的硅钢磁极正面时，硅钢片磁极的极性如果（适时改变）为S极，则产生相斥力量，继续往反时针方向转动，如此连续（适时改变）极性扇叶乃连续不停运转。

马达的定子与转子之间，一方磁极不变，另一方必须（适时改变）磁性，才能维持不断运转。

改变电流方向，即改变磁化方向，使硅钢磁性，才能维持不断运转。

改变电流方向，即改变磁化方向，使硅钢磁极性改变的装置叫做（整流子）。

本公司风扇的扇叶（转子）的橡胶磁铁是永久磁铁，其磁极极性是不变的，所以绕线套上的硅钢片电磁极之极性，必须（适时改变）。

传统式直流马达整流子上是利用碳刷做为接点，即转动的整流子与固定的碳刷接触而通过磁化电流。

本公司直流风扇马达是利用电子回路达到改变定子极性的目的。

不用碳刷称为无刷（Brushless）直流风扇马达。

2.线圈的电流方向与磁化方向

第一章§

11节（3）所述之线圈如果电流反时针方向则线圈上端为N极。

有一个右手定则如下图，可以帮助确认，线圈电流方向与磁化方向之间的关系。

绕线套内有二组线圈，分别用红色及铜色漆包线绕在一起，但焊接在PC板上的V0V1V2，如下图所示：

即L1的线圈头（在绕线套内面或底面）﹔L2线圈尾（在绕线套外面或表面）接在V0，L1的线圈尾为V1，L2的线圈头为V2。

这样的接法是要达到L1与L2电流方向相反，使线圈的磁化方向因L1或L2之通电而改变。

即L1的电流方向是V0到V1（由内面往外面）﹔

L2的电流方向是V0到V2（由外面往内面）

典型的电子回路如下图：

L1通电时，如磁化方向向上，上硅钢片为N极，而L2通电时其磁化方向相反向下，达到改变磁化方向之目的。

晶体管Q1,Q2的功用就是电源开关一般地，（参阅第一章§

10节（6）晶体管说明）。

3.电子回路：

　　当扇叶开始转动时，上、下硅钢片的磁极必须“适时改变”，马达才会继续转动。

以电子回路达到此目的就是适时控制Ｑ1与Ｑ1两个电晶体的通电

（ＯＮ）与断电（OFF），以下列典型电子回路说明：

ＨallIC、Ｑ1、Ｑ2之间的相互作用。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｈ　ON　

　　　　　　　　　　　　Ｌ1　　　　　

　　　　　　Ｒ1　　　　　　　Ｒ3　　　　　　Ｌ2

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ

　　　　　　　Ｒ2　　　Ｃ　　　　　　　　　Q2Ｌ　　　OFF

　　　　　　　　BEQ1BE　　　

　　依电子回路的的原理，Q1、Q2是NPN型电晶体，当其基极（BASE）为高电位时，电晶体的集极与射极之间阻抗很低，就好象开关是ON（通电）一般。

反之，基极为低电位时，则集极与射极之间阻抗很高，就好象开关是OFF（断电）一般。

　　回路中的集极（C）经一电阻R3接到Q2的基极（B），这样的连接可达到Q1-ON则Q2-OFF，或是Q1-OFF则Q2-ON的电路功能。

因为Q1通电时，集极与射极间阻抗很低，所以Q1集极电压接近零电位，此零电位经R3通到Q2的基极，因为基极为低电位，故Q2必定断电（OFF）。

L1与L2必须交互通电（不可同时通电或断电）才能适时改变上、下硅钢片之磁极极性。

　　当风扇电源尚未接上，而扇叶停止时，扇叶内缘的橡胶磁铁的N或S极之一必停在HALLIC上面，所以当电源一接上的瞬间，1881HALLIC会感应橡胶磁铁的磁场，N极时送出高电位，经电阻R2到Q1的基极，使Q1通电。

如果是S极停在HALLIC上面，接上电源时，则送出低电位，使Q1断电，则Q2通电。

　　当电源接上时，Q1或Q2之一通电，风扇马达即起动，扇叶转动，HALLIC立即感应到扇叶橡胶磁铁N、S极之变化。

此变化使其送出电位变化，而改变Q1、Q2之通电。

Q1、Q2之通电改变即L1、L2之通电变换，以达到硅钢片磁极“适时改变”，使风扇持续转动的目的。

4.插件与表面沾着技术

风扇马达的电子回路虽然原理复杂,但它只是一片薄薄的PC板而已，大型风扇电子零件较大，PC板要钻孔、插件、焊接。

小型风扇电子又薄又小，PC板不能钻孔，而是在表面沾着焊接，此技术称为SURFACE　MOUNTING　TECHNOLOGY，简称SMT。

PC板的焊片先印上焊膏（糊状焊锡），电子零件包装在带子内（REEL　PACKING），由很精准的SMT机器置于焊片上，再经焊炉使电子零件焊在焊片上。

6mm系列、4公分、5公分风扇的PC板都用SMT；

6015用SMT；

6025用插件与SMT混合使用；

8公分、9公分、OC系列用SMT，其余用插件；

12公分都用插件PC板。

本公司的策略是将来全部使用SMT。

5.组装架构

由于风扇马达是依据电磁效应而设计，电磁效应的作用力与磁极间隙有密切的关系，而扇叶转动时，不可碰撞旁边的零组件，所以组装架构必须很精准，才能确保马达的起动与扭力，其架构图如下：

上图斜线部分为磁路，即磁力线通过之磁性材料。

6.轴承与培林

轴心与金属之间必须以轴承（SLEEVE）或培林（BALL　BEARING）结合，才能使扇叶（转子）绕着线圈组成（定子）旋转。

轴承是利用铜合金粉末压铸而形成多孔（POROUS）材质，再浸油使孔隙内含油做为润滑油剂，故又称含油轴承。

在100倍的显微镜下可以清楚看到表面的坑洞。

这些坑洞有18%通到轴心，称之为含油量18%轴承。

培林是以硬度很高的高碳铬钢（HIGH－CAGE　CHROMIUM　STEEL）制成的小钢珠。

置入一精密的钢珠盘（CAGE）内。

钢珠盘则置入刻有深沟（DEEP　GROOVE）的内外轮内，利用钢珠做为滚动的媒介，故称为滚珠培林（BALL　BEARING）。

7.轴心架构

（1）轴承（SLEEVE）架构如下图：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　将轴承以气压机压入金属管内适当的位置，轴承之上、下垫入麦啦、华司及油圈，轴心末端置入扣环。

轴承压入金属管内，必须有相当“紧度”，依风扇之大小应有数公斤的抗力，否则扇叶轴承与轴承会自金属管脱落。

（2）培林架构如下图：

金属管内先以气压机压入一铜套到适当位置，现置入培林。

培林上面及铜套下面垫入麦啦，华司及油圈、轴心末端置入扣环。

（3）传统培林架构因设计之需有单培林、双培林之分，其详细组装架构有十多种，需参阅相关之工程图。

但将来之新架构因加装平衡磁浮片，全部都是单培林正摆，不必考滤扇叶方向。

（参阅§

14环保风扇）。

（4）培林内轮轴心直径有1.5mm、20mm、及30mm三种，其滚珠数目、外轮直径、厚度及风扇尺寸如下：

　　　内轮直径　　外轮直径　滚珠直径　滚珠　　厚度　　　风扇尺寸　

　　　（ф1）　　（ф2）　　（ф3）　数目　　（T）　　外框尺寸　

　　　1.5mm　　　4.0mm0.6mm　7枚2.0　　4cm（含）以下

　　　2.0mm5.0mm0.8mm7枚2.54、5、6cm

3.0mm8.0mm1.6mm6枚4.08、9、12cm

8.电源引线及第三条导线

1.无论AC或DC风扇均只有两条电源引线。

但近年来DC风扇之运用上需要运转讯号以便设计控制线路。

例如用于投影机。

若风扇停止则必须切断大瓦特的电灯泡，以免机器内部过热烧毁。

因此乃有第三条导线以提供风扇之运转及锁住讯号。

风扇运转讯号有两种：

（1）方形波（FG型）；

（2）低电位（RD型）。

锁住讯号有两种：

（1）高电位；

（2）高或低电位不一定，依据HALL　IC输出是高或低电位而定。

有关第三条导线之信息，请参阅研发处风扇部的技术与运用布告B0-003。

2.电源引线及第三条导线之规格含下列项目，必须细心与客户确认，以免出错而致延误出货。

风扇尺寸　　　　：

关系框内及穿孔之加长

线材代码：

表示AWG线号及安规

线长（L）：

以mm表示

框内加长（l）：

穿孔加长（h）：

线材总长＝L+l＋h

软硬度代码：

表示线材种类

端子代码：

表示端子厂商型号、颜色

套管代码：

表示套管种类

套管长度（T）　：

以以mm表示

距离端子长度（t）：

颜色代码　　　　：

表示线材颜色及大端子内之排列顺序

第三章　风扇的特性与量测方法

前　言：

风扇的特性分为电气及机械与流体特性两大类。

电气特性计有：

起动电压、运转电流及锁住电流、额定电压、操作电压、电功率、耐压。

机械与流体特性计有：

风量、静压、振动量、噪音值、耐振尺寸、厚度等，兹分别说明如下。

1.起动电压（Vs），单位：

伏特（Volts）

当风扇接上电源，其电压自零缓慢升高至风扇起动时，其电压即为起动电压。

一般起动电压约为额定电压之80%，如5V风扇。

起动电压为4Vmax、12V则为10Vmax。

测试方法以起动电压ON－OFF试之，不可缓慢升电压。

风扇之起动条件是马达扭力大过转子的静止磨擦力，当电源电压升至HALL　IC能有输出电压，并使Q1或Q2之一开始通电，使线圈产生磁化力，导到硅钢片与橡胶磁铁之间产生扭力。

风扇之重量通过轴心而压在培林或轴承上。

在静止时，轴心有一定的磨擦力，轴心组装之各配件（参阅第二章§

7）之间的空隙与表面之粗糙度会决定此磨擦之大小。

上述有关扭力与静磨擦力两者均会影响起动电压。

一般遇到起动不良常因HALL　IC对橡胶磁铁磁场感应不良或HALL　IC装配之角度位置不良，或HALL　IC已损坏而引起。

但轴心组装太紧，静止磨擦过大以致扇叶停在不当角度，也会影响起动。

最近本公司研发成功低伏特起动之风扇，即从HALL　IC之特性及扭力之改善而获得成果。

5V风扇约3V即可起动，3V-5V之间可于转速之控制。

2.运转电流（I）及锁住电流（IL），单位：

安培（Amp或mA）

风扇起动后，转速通常在一分钟之内即达到稳定状态。

这时通过风扇线圈之电流平均值就是运转电流。

所谓平均值是因为两组线圈交互通电，测量到的运转为平均值。

锁住电流是指在风扇无能运转情况下，以手指压住扇叶，使其停止运动时，所测到之电流。

如果轻微移动扇叶，使橡胶磁铁的N－S极在HALL　IC上变动，锁住电流会有机mA之变化，这是因为锁住时，L1或L2之一通电时，由于L1与L2的电阻值及Q1、Q2之集极电流不完全相等，故通过L1或L2之锁住电流会稍微不相等。

由于马达之扭力来自极间之相吸与相斥力量（参阅