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LED灯具热设计之风扇篇
●风扇分类与构造
●风扇的基本构成与功能
●风扇选型计算与热设计
●风扇可靠性验证
2025/5/7
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风扇分类与构造
● 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，采用的电路不一样，风扇的性能就会有差异。
●一般按照气流分为三类
轴流式：气流出口方向与轴心方向相似。
离心式：运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 流工作才能产生不一样磁场。AC风扇因电源频率固定，因此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同样。不过，频率也不能太快，太快将导致激活困难。DC风扇稳定性高些，目前电脑散热全用DC风扇。
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风扇分类与构造
●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0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，转速也在减少。
单滚珠轴承，使用最普遍，两个铁环中间有某些钢球或者钢柱，并辅以某些油脂来减小摩擦。它使用寿命长，发热量小，噪音值会很稳定，并且成本中等。
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。双滚珠轴承的长处是寿命超长，大概在50000-100000小时。抗老化性能好，适合转速较高的风扇。缺陷是制导致本高，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，提高了轴承寿命。这种设计使得风扇的噪音明显减少，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。
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风扇分类与构造
●按照轴承类型分
磁悬浮轴承，它运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，一般是磁悬浮+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。尤其合用于高速、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承认。
纳米陶瓷轴承，轴承关键全面采用特殊的二氧化皓材料，使用冲模及烧结工艺制成，，具有结实、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善而来的。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减少，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。
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风扇分类与构造
●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老式含油轴承风扇升级到来福轴承。作为老式含油轴承的改善，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，因此提高了轴承寿命。来福轴承风扇通过采用以上构造及零件，使得含油及保油能力大幅提高，并减少了噪音。
汽化轴承(VAPO Bearing) 是由Sunon将磁悬浮技术改善而来的，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陷，再和磁悬浮技术配合，就大大延长了使用寿命。
外磁式（）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。长处：增大了过风面积和极大地缩小了盲区。据称这种设计可增长30%的风量和静压，，可以使气流更集中且减少湍流的产生，从而提高了散热效率并减少5%的噪音。一般而言配置滚珠会更合适某些，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。
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风扇分类与构造
●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)，系著名散热器及风扇设计制造厂家ADDA的专利产品，也是在老式含油轴承基础之上进行多项改善而成。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某些独到的改善措施，但精髓同为循环油路系统，各方面的体现也基本相称。一般产品寿命可达50000小时以上。
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风扇分类与构造
●目前散热风扇市场重要品牌
德系：EMB
曰系：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
曰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，除了一般直流机机种，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。
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风扇的基本构成与功能
●风扇的基本构成
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
●重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，相似转速下风压越大。
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，增长送风距离与风压 。
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，扇叶在运转时会导致扇叶的不平衡，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，克制反激与
散射，令其集中于所但愿的送风方向。采用材料与构造需具有一定的强度，
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。
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风扇的基本构成与功能
●风扇重要技术参数指标
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：指当忽然通电后，可以使风扇启动的最小电压。
因板卡提供的电压也许会不稳定，启动电压越低，可保证在电压不稳时，能低压激活启动风扇。常规风扇的启动电压都在7V如下。
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；同步，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下与过风面积的大小。过风面积相似，风速越高，风量越大；风速相似，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，气流在其流动途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。因此必须有一种最佳操作工作点，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。
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风扇的基本构成与功能
●风扇重要技术参数指标
风压：风扇可以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）。 风压重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：风扇产品所阐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——风量伴随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：它重要有三个来源：轴承的摩擦与振动、扇叶的振动、风噪。
一般一般嘈杂大街为90分贝，一般会话为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），它一般可用噪音计测量得到。
（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，并且会伴随风速的提高呈加速度增大 。）
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