LED灯具热设计之风扇篇课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2024/11/16,1,启蓝内部资料,LED,灯具热设计之风扇篇,风扇分类与结构,风扇的基本组成与功能,风扇选型计算与热设计,风扇可靠性验证,2023/7/301启蓝内部资料LED灯具热设计之风扇篇风,2024/11/16,2,风扇分类与结构,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。,通常按照气流分为三类,轴流式：气流出口方向与轴心方向相同。,离心式：利用离心力作用将气流沿着叶片向外甩出。,混流式：拥有以上两种气流方式。,按照驱动分类,AC,风扇与,DC,风扇,AC,风扇与,DC,风扇的区别。前者电源为交流，电源电压会正负交变，不像,DC,风扇电源电压固定，必须依赖电路控制，使两组线圈轮 流工作才能产生不同磁场。,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,。,DC,风扇稳定性高些，目前电脑散热全用,DC,风扇。,2023/7/302风扇分类与结构 原理：风扇的工作原理是,2024/11/16,3,风扇分类与结构,按照轴承类型分,含油轴承,，一般是铁环套在铜芯上，中间封存油脂。,此类风扇前期,噪音比较小,，,成本低,，但,寿命短,，一般在,20000,小时以内,。到了使用后期由于油脂的消耗，噪音也会慢慢增大，转速也在降低。,单滚珠轴承,，使用最普遍，两个铁环中间有一些钢球或者钢柱，并辅以一些油脂来减小摩擦。它,使用寿命长,，,发热量小,，,噪音值会很稳定,，而且,成本中等,。,双滚珠轴承,，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。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。缺点是,制造成本高,，并且在同样的转速水平下,噪音最大,。,合金轴承,，该轴承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，而避免含油流失，提升了轴承寿命。这种设计使得风扇的,噪音明显降低,，还能,延长使用寿命,，只是,价格偏高,。酷冷至尊的中高端产品都是使用的这种轴承。,2023/7/303风扇分类与结构按照轴承类型分,2024/11/16,4,风扇分类与结构,按照轴承类型分,磁悬浮轴承,，它利用磁力原理使风扇悬空且凭借磁浮力吸住扇叶成,360,度定轨围绕轴心形成稳定旋转。轴承两端无任何接触物，完全避免了摩擦从而延长了其寿命。它不是单独的磁悬浮技术，通常是磁悬浮,+,滚珠轴承、磁悬浮,+,含油轴承、磁悬浮,+,汽化轴承，特点是,风量偏小,，使用受限。特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。散热器制造商,AVC,、,ENERMAX,制造。,这项技术并没有得到欧美国家的认可。,纳米陶瓷轴承,，轴承核心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。纳米轴承的性质与陶瓷类似，越磨越光滑，该,轴承寿命更长,效率更高,噪音更小,。它由富士康研制，,目前仅见于富士康散热产品当中。,液压轴承,(Hydraulic Bearing),是由,AVC,首创的技术，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。液压轴承风扇的工作,噪音,有明显的降,低,，,使用寿命也非常长,，可达到,40000,小时。液压轴承实质上仍然是一种含油轴承。,2023/7/304风扇分类与结构按照轴承类型分,2024/11/16,5,风扇分类与结构,按照轴承类型分,来福轴承,(Rifle Bearing),技术的代表厂商是,CoolerMaster,，目前,CoolerMaster,已经将旗下的大部分传统含油轴承风扇升级到来福轴承。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，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。,汽化轴承,(VAPO Bearing),是由,Sunon,将,磁悬浮技术改进,而来的，就是把含油轴承的,轴套硬度加强,，并且采用特殊的材料，其,内层表面特殊加工,，这样就克服了含油轴承不耐高温的缺点，再和磁悬浮技术配合，就大大延长了使用寿命。,外磁式,（,T.M.D,）风扇的特点是将电机移到边框周围，中心只以很小的轴承支撑。优点：增大了过风面积和极大地缩小了盲区。据称这种设计可增加,30%,的风量和静压，并且由于,T.M.D,技术还将专利扇叶和导流外环结合为一体，能够使气流更集中且减少湍流的产生，从而提高了散热效率并降低,5%,的噪音。一般而言配备滚珠会更合适一些，摩擦力小，使用寿命也更长。,使用空间局限性强，使用数量也较少。,2023/7/305风扇分类与结构按照轴承类型分,2024/11/16,6,风扇分类与结构,按照轴承类型分,流体动态轴承,(Hypro Bearing),其名称来源于,HY(Hydrodynamic wave,，流体力学波,)PRO(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，也是在,传统含油轴承基础之上进行多项改进,而成。流体动态轴承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,。,2023/7/306风扇分类与结构按照轴承类型分,2024/11/16,7,风扇分类与结构,目前散热风扇市场主要品牌,德系：,EMB,日系：,NMB,、,SANYO,、,NIDEC,、,ORIX,台系：,AVC,、,ENERMAX,、,cooler master,、,SUNON,、,BI-SONIC,、,DELTA,、,ADDA,、,SINWAN,、,COMMONWEALTH,、,KAKU,、,PROFANTEC,、,FULLTECH,、,SUNTRONIX,等,国产：永业昌、泉风、九龙,据悉德系的最贵，约国产同类产品的,8-10,倍,日系约国产同类产品的,4-6,倍,台系约国产同类产品的,1-3,倍,初步资料：,ADDA,风扇属于台系风扇中价格比较适中，性价比较高，尤其是在,DC,直流机方面。,DC,直流机比,AC,交流机做得更全、更细致，除了普通直流机机种，还可以做防水型散热风扇，价格又比台达、百瑞、建准的更合理。,2023/7/307风扇分类与结构目前散热风扇市场主要品牌,2024/11/16,8,风扇的基本组成与功能,风扇的基本组成,定子部分与转子部分,定子部分：电机、外框、轴承、扣环,转子部分：扇叶、轴心、磁环、磁环外框及油圈,主要部件的参数与功能,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，即震动。,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。,2023/7/308风扇的基本组成与功能风扇的基本组成,2024/11/16,9,风扇的基本组成与功能,风扇主要技术参数指标,功率,：功率即风扇单位时间内所消耗的能量（电能），单位为瓦（,W,）。,启动电压,：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。,转速,：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短。,风量,：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。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,。,2023/7/309风扇的基本组成与功能风扇主要技术参数指,2024/11/16,10,风扇的基本组成与功能,风扇主要技术参数指标,风压,：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。,风压与风量之间关系：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,.,就是风扇的特性曲线,噪音,：它主要有三个来源：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