风扇工作原理Word下载.docx
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风扇的噪音值通常以音压级（SPL）之倍频带绘出。
分贝（dBA）的改变所形成的效应，如下列征兆所示：
∙3dBA几乎没有感觉
∙5dBA感觉出来
∙10dBA感觉两倍大声响
噪音程度：
∙0~20dBA很微弱
∙20~40dBA微弱
∙40~60dBA中度
∙60~80dBA大声
∙80~100dBA很大声
∙100~140dBA震耳欲聋
二、如何达成低噪音
下列准则提供风扇使用者最佳方法，以降低噪音至最小：
1.系统阻抗（SystemImpedance）
一个机壳的入风口与出风口之间范围占全部系统阻抗的60%至80%，另外气流愈大，噪音相对愈高。
系统阻抗愈高，冷却所需的气流愈大，因此为了将噪音降至最小，系统阻抗必须减至最低程度。
2.气流扰乱
沿着气流路径所遇到的阻碍而造成的扰流会产生噪音。
因此任何阻碍，特别在关键的入风口与出风口范围，必须避免，以降低噪音。
3.风扇转速与尺寸
由于高转速风扇比低转速风扇产生较大的噪音，因此应尽可能尝试及选用低转速风扇。
而一个尺寸较大、转速较低的风扇，通常比小尺寸、高转速的风扇，在输送相同风量时安静。
4.温度升高
一个系统内，冷却所需的风量与允许的温升成反比。
允许温升稍微提高，即可大量减少所需的风量。
因此，如果对强加之允许温升的限制略微放松一些，所需风量将可降低，噪音亦可降低。
5.振动
有些情形，整个系统的重量很轻，或系统必须按照某种规定方式运作时，特别建议采用柔软的隔绝器材，以避免风扇振动的传递。
6.电压变动
电压变动会影响噪音程度。
加到风扇的电压愈高，因转速升高，振动就愈大，产生的噪音也愈大。
7.设计的考虑
构成风扇的每一零件设计，均会影响噪音程度。
下列设计的考虑可达成降低噪音：
绕线铁心的尺寸，扇叶与外框的设计及精确的制造与平衡。
风量是指风扇通风面积与该面积平面速度之积。
通风面积是出口面积减去涡舌处的投影面积。
平面速度是气流通过整个平面的气体运动速度，单位是米/秒。
平面速度一定时，扇叶叶轮外径越大，通风面积越大，风量则越大。
风量越大，冷空气吸热量则越大，空气流动转移时能带走更多的热量，散热效果越明显。
在实际应用中，标称的最大风量值，并不是实际散热片得到的送风量，风量大，也并不代表通风能力强。
因空气流动时，气流在其流动路径会遇上散热鳍片的阻挠，其阻抗会限制空气自由流通。
即风量增大时，风压会减小。
因此必须有一个最佳操作工作点，即风扇性能曲线与风阻曲线的交点。
在工作点，风扇特性曲线之斜率为最小，而系统特性曲线之变化率为最低。
风量是指风冷散热器风扇每分钟送出或吸入的空气总体积，如果按立方英尺来计算，单位就是CFM；
如果按立方米来算，就是CMM，散热器产品经常使用的风量单位是CFM。
在散热片材质相同的情况下，风量是衡量风冷散热器散热能力的最重要的指标。
显然，风量越大的散热器其散热能力也越高。
这是因为空气的热容是一定的，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。
‧风量单位
‧CFS：
CubicFeetPerSecond，立方英呎/秒（ft3/s）
‧CFM：
CubicFeetPerMinute，立方英呎/分（ft3/min）
‧CMS：
CubicMeterPerSecond，立方公尺/秒（m3/s）
‧CMM：
CubicMeterPerMinute，立方公尺/分（m3/min）
‧CMH：
CubicMeterPerHour，立方公尺/时（m3/h）
‧L/s：
LiterPerSecond，公升/秒（L/s）
‧L/min：
LiterPerMinute，公升/分（L/min）
‧风量换算表
含油轴承（SleeveBearing）
传统的直流无碳刷风扇马达设计时，是扇叶转子（简称转子）及其轴芯穿越含油轴承，简称SLEEVE轴承，枢接固定在马达定子之中心位置，使转子与定子之间保持一个适当之间隙，当然轴芯与轴承间亦务必有间隙之存在，才不会将轴芯死锁而无法运转；
而马达之定子结构部分（简称定子），在电源输入之后，就会在转子与定子间产生感应磁力线，及驱动回路之控制使风扇马达运转。
故传统之风扇马达架构，只有一个扇叶转子及一个马达定子和一个驱动回路，而借着轴芯与轴承之枢接，随着磁场感应而运转，请看下图：
1．用含油轴承的优点
A．耐外力之撞击，运输时所造成之损坏较少；
B．价格便宜（与滚珠轴承相比，价格差异很大。
2．用含油轴承的缺点
A．空气中的灰尘会因风扇马达之运转而被吸入马达核心，与储存在轴承周围之润滑油混合成油泥，而造运转噪音，甚至于卡死不转；
B．轴承内径容易磨损，使用寿命较短；
C．无法被使用在携带式产品上；
D．轴承与轴芯之间隙小，马达之运转激活效果较差；
E．马达运转轴芯与轴承摩擦所产生的高温气体，因受轴承两端之油圈、华司阻碍，无法排除而形成氮化物，易淤塞于轴芯与轴承之间隙内，阻碍马达运转之顺畅
滚珠轴承（BallBearing）
滚珠轴承是运用圆金属珠运转，属于点的接触，故激活运转很容易。
再加上滚珠轴承配合弹簧使用，故在弹簧顶撑着BALLBearing之外金属环，而使整个扇叶转子的重量坐落在滚珠轴承上，且由弹簧间接顶撑着，故可使用于不同之方向、角度之可携式产品，但仍要防止掉落，以免滚珠轴承受损，而造成噪音产生与使用寿命的减损。
1．使用滚珠轴承的优点
A．金属珠运转属于点的接触，故激活运转很容易；
B．可使用于常以不同置放角度及方向操作的可携式产品（但要防止乱摔或掉落）；
C．使用寿命较长（与含油轴承相比）。
2．用滚珠轴承的缺点
A．轴承结构体相当的脆弱，无法承受外力之撞击；
B．马达转动时，金属珠之滚动会产生较大之噪音；
C．价格高，无法与含油轴承在成本价格上竞争；
D．滚珠轴承之来源与数量需求，不易掌控；
E．滚珠轴承使用弹簧的弹性而使其定位，组装上较为不易。
什么是静压
为进行正常通风，需要克服风扇通风行程内的阻力，风扇必须产生克服送风阻力的压力。
测量到的压力变化值称为静压，即最大静压与大气压的差值。
它是气体对平行于物体表面作用的压力，通过垂直于其表面的孔测量出来的。
把气体流动所需动能转化为压力的形式称为动压。
为实现送风的目的，需要有静压与动压。
全压为静压与动压的代数和。
风压越大，风扇送风能力越强。
1、静压单位
N：
Newton，1n=0.101097Kgf
Pa：
Pascal，Pa=N/m^2
mmAq：
Aq=Aqua（水柱）简称
mmAq又称mmH2O；
1mmAq=1Kg/m^2
atm：
大气压；
一大气压等于在0℃干燥状态下760mmHg的压力。
因水银重量是水的13.5947倍，所以一大气压又等于10332mmH2O的压力
bar：
1bar=0.00001Pa=10-5Pa
2、静压表
3、空气量
送风机单位时间吸入的空气流量称为空气量（Airvolume，Airquantity），通常以Q（m*3/min）为气体量在吸入空气时特称为空气量，风扇的场合又称风量。
（Capacity）气体依其压力、温度而改变体积，所以提到吐出空气量时，一定要记该场所的压力和温度，故称吸入空气量。
4、标准状态空气：
温度20°
C、大气压760mmHg，湿度65%的潮湿空气为标准空气，此时单位体积空气的重量（又称比重量）为L2Kg/m*3
5、基准状态空气：
温度O°
C、大气压760mmHg、湿度0%的潮湿空气为标准空气，此时单位体积空气的重量（又称比重量）为1.293Kg/m*3。
以Nm*3/min表示。
通常，根据散热风扇的进出气流流向，可将其分为以下几类：
一、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（如上图）。
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。
其特点：
较高的流率，中等风压
二、离心风扇
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（如上图），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。
有限流率，高风压
三、混流风扇
混流风扇又称对角线流向风扇，初一看，混流风扇和轴流风扇没什么不同，其实，混流风扇的进气是沿轴线的，然而出气却是沿轴线和垂轴线的对角线方向（如上图）。
这种风扇由于叶片和外罩称圆锥形，因此致使风压较高，在相同尺寸和其他可比性能下，与轴流风扇相比，离心风扇的噪声更低。
高流率和相对较高的风压
四、贯流式风机
贯流式风流能产生大面积的风流，通常用于冷却设备的大表面。
这种风扇的进气和出气均垂直于轴线（如上图）。
贯流风机是使用一个比较长的圆桶状扇叶轮进行工作，这个圆桶状扇叶的口径都比较大，因为口径大，才能在保证整体空气循环量的基础上使用比较低的转速，从而，降低由于高速运转带来的噪音。
低流率，低风压
散热器都需要通过风扇的强制对流来加快热量的散失，因此一款风扇的好坏，对整个散热效果起到了决定性的作用。
配备一个性能优良的CPU风扇也是保证整部电脑顺利运转的关键因素之一。
DC风扇运转原理：
根据安培右手定则，导体通过电流，周围会产生磁场，若将此导体置于另一固定磁场中，则将产生吸力或斥力，造成物体移动。
当吸斥力大于虱扇的静摩擦力时，扇叶自然转动。
由于霍尔感应组件提供同步信号，扇叶因此得以持续运转，至于其运转方向，可依佛莱明右手定则决定。
AC风扇运转原理：
AC风扇与DC风扇的区别。
AC风扇因电源频率固定，所以硅钢片产生的磁极变化速度，由电源频率决定，频率愈高磁场切换速度愈快，理论上转速会愈快，就像直流风扇极数愈多转速愈快的原理一样。
不过，频率也不能太快，太快将造成激活困难。
我们电脑散热器上应用的都是DC风扇。
而一般一款好的风扇主要考察风量、转速、噪音、使用寿命长短、采用何种扇叶轴承等。
下文将对这些参数分别加以说明。
风量是指风冷散热器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，单位就是CFM；
如果按立方米来算，就是CMM。
散热器产品经常使用的风量单位是CFM（约为0.028立方米/分钟）。
50x50x10mmCPU风扇一般会达到10CFM，60x60x25mm风扇通常能达到20-30的CFM。
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。
风量和风压风量和风压是两个相对的概念。
一般来说，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）。
相反的，风压大、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。
一般铝质鳍片的散热片要求风扇的风压足够大，而铜质鳍片的散热片则要求风扇的风量足够大；
鳍片较密的散热片相比鳍片较疏的散热片，需要更大风压的风扇，否则空气在鳍片间流动不畅，散热效果会大打折扣。
所以说不同的散热器，厂商会根据需要配合适当风量、风压的风扇，而并不是单一追求大风量或者高风压的风扇。
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（外部测量是用其它仪器看风扇转的有多快，内部测量则直接可以到BIOS里看，也可以通过软件看。
内部测量相对来说误差大一些）。
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因为随着环境温度的变化，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器，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，能够根据当前的工作温度（如散热片的温度）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。
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，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。
风扇噪音的来源是因为：
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。
风扇的使用寿命风扇的使用寿命是指散热器产品正常工作的无故障工作时间，优质产品的使用寿命一般都能达到几万小时。
在价格和性能差不多的情况下，选择使用寿命长的产品显然更能保护我们的投资。
风扇的寿命由电机寿命、使用环境、电力供应等各方面因素所组成。
送风形式最广泛的形式就是用轴流风机（也就是最普遍的那种风扇）向下鼓风，之所以这么流行是因为综合效果好且成本低廉。
如果把轴流风机的方向反过来，就变成向上抽风，在某些特别型号的散热器中会采用这种形式。
两种送风形式的差别在于气流形式的不同，鼓风时产生的是紊流，风压大但容易受到阻力损失；
抽风时产生的是层流，风压小但气流稳定。
理论上说，紊流的换热效率比层流大得多，因此才成为主流设计形式。
但是气流的运动与散热片也有直接关系。
在某些散热片设计中（比如过于紧密的鳍片），气流受散热片阻碍非常大，此时采用抽风可能会有更好的效果。
至于采用侧面鼓风的设计，通常不会和顶部鼓风的效果有什么差别。
而比较有效的改进方法是建立CPU专用的散热风道，这样便不会受到CPU附近热空气的影响，相当于降低了环境温度。
轴流风机虽然应用广泛，但是也存在固有的缺陷。
轴流风机受电机位置的阻挡，气流不能流畅通过鼓风区域的中部，这称为“死区”。
而在典型的散热片上，恰恰中部鳍片的温度最高。
由于存在这种矛盾，采用轴流风机时，散热片的散热效果并不充分。
离心风机是与轴流风机完全不同鼓风形式，也逐渐开始使用在CPU散热当中，通常被电脑用户称为“涡轮风扇”。
这种风扇的优越之处在于很好地解决了“死区”问题。
离心风扇与传统风扇的不同之处是其叶片旋转是在垂直的平面内进行的，进风口位于风扇的侧面。
散热器底面接收到的气流分布较均匀。
离心风机的鼓风方向上没有障碍物，所以在各个位置都有同样的气流。
同时它的风压和风量的调节范围也更大，转速控制的效果更好。
负面的影响和大功率轴流风机一样——价格高、噪音大。
改进风道设计另外一种解决风力盲区的办法是改变风扇的出风方向。
传统的散热器安装方式是气流朝下，即垂直于CPU。
改进风道设计之后，风扇改为侧向吹风，让气流的方向平行于CPU。
侧向吹风的首要好处是彻底解决风力盲区，因为气流是平行通过散热鳍片的，气流截面的四条边上的气流速度最快，而CPU的发热点正好位于一条边上。
这样CPU散热底座吸收的热量可以被及时带走。
另外一个好处是没有反弹的风压（通常向下吹风时，一部分气流冲至散热底面并反弹，这会影响散热器内的气流运动方向，使的热交换的效率受到损失）。
热交换效率要高于向下吹风
微型散热风扇的分类：
1．按散热风扇的工作电压分：
交流散热风扇（ACFAN）；
直流散热风扇（DCFAN）
2．按散热风扇的驱动马达分：
无刷直流散热风扇（DCBRUSHLESSFAN）；
有刷刷直流散热风扇（DCBRUSHFAN）；
无刷交流散热风扇（ACBRUSHLESSFAN）。
3．按风扇电机轴承系统分：
含油轴承型（SLEEVEBEARING）；
滚珠轴承型（BALLBEARING）；
陶瓷纳米轴承型（CERAMICNANOMETERBEARING）。
4．按汽流方向分：
轴流型风扇（AXALFAN）；
离心型风扇（BLOWERFAN）；
横流风扇（CROSSFAN）。
随着技术的发展,在水中用的防水风扇也随着产生了,这算得上是风扇历史上的一个里程碑
为了保证风扇的使用寿命，风扇使用应注意以下事项：
1、请勿触压着叶片以及电源线缠绕着风扇或用力拉扯电源线，此举轴心与电源线将会被损毁；
2、请避免粉尘、水滴、小虫进入，而影响寿命与不良品产生；
3、请勿在可燃性气体与任何有害环境中使用；
4、请于六个月内使用，长时间存放会由于存放环境而影响风扇性能；
5、当风扇于运转中，请勿企图将风扇锁死特别长的时间，此举会因连续停止不转，产生高热而烧毁风扇；
6、安装风扇时，请特别注意，因共振或振动产生的噪音；
7、当搬运或作业中，风扇如从60cm的高度落下，将会对叶片的平衡产生若干影响，特别是滚珠轴承避免掉落；
8、锁外壳之螺丝扭力不得超4Kgf；
请切勿用螺丝刀，铁棒等物堵转风扇，此举会损坏风扇；
9、请注意风扇在高速运转时会伤及手指。
轴承类别：
轴承形式是指风冷散热器风扇所使用的轴承类型。
在机械工程上，轴承的类形非常多，但在散热器产品上使用的轴承形式按照其基本工作原理分类也就那么三种：
使用滑动摩擦的套筒轴承（SleeveBearing）和使用滚动磨擦的滚珠轴承（BallBearing）以及两种轴承形式混合这三种。
近些年来各大散热器厂商在轴承方面推出的新技术，诸如磁浮轴承、流体保护系统轴承、液压轴承、来福轴承、纳米陶瓷轴承等也都是对上面这些基本的轴承形式加以改进而成，基本工作原理还是没有变化。
含油轴承（SleeveBearing）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。
单滚珠轴承（1Ball+1SleeveBearing）是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。
它克服了含油轴承寿命短，运行不稳定的毛病，而成本上升极为有限。
单滚珠轴承吸收了含油轴承和双滚珠轴承的优点，将轴承的使用寿命提升到了40000小时，缺点是在加入滚珠之后，运行噪声有所增大，但仍小于双滚珠轴承。
双滚珠轴承（2BallBearing）属
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