散熱原理——軸承和葉片

軸承和葉片是散熱風(fēng)扇兩大組成部分，這兩大部分的改進(jìn)是散熱器工作效率得以提升的重要因素。

葉片

葉片數(shù)量

CPU風(fēng)扇的葉片通常在6片到12片之間。一般說來，葉片數(shù)量較少的容易產(chǎn)生較大的風(fēng)壓，但運(yùn)轉(zhuǎn)噪音也較大；而葉片數(shù)量較多的則恰恰相反。

葉片形狀

有鐮刀型、梯形和AVC專利的折緣型等。相對來說，鐮刀型扇葉運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較平穩(wěn)安靜，但所能產(chǎn)生的風(fēng)壓也較小；梯形扇葉容易產(chǎn)生較大風(fēng)壓，但噪音也較大。折緣型是最優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，在保持低噪音的同時(shí)能產(chǎn)生較大的風(fēng)壓，但目前僅用于AVC自己的產(chǎn)品中。目前見得較多的是鐮刀型的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)優(yōu)秀的扇葉，能在不高的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生輸出較大的風(fēng)量和風(fēng)壓，同時(shí)也不會產(chǎn)生太大的風(fēng)噪聲。除了形狀以外，葉片傾斜的角度也很重要，要配合電機(jī)的特性和散熱片的需要來設(shè)計(jì)。否則，單純追求葉片傾角大，可能會出現(xiàn)風(fēng)噪大風(fēng)力小的情況。

渦輪風(fēng)扇：渦輪扇可以消除立軸式風(fēng)扇軸心部分的風(fēng)力盲區(qū)，使風(fēng)力更加均勻，散熱效率更高。

 

AVC折緣風(fēng)扇涉及一種軸承風(fēng)扇的改良結(jié)構(gòu)，特別涉及在限制圓筒空間中能減小渦流效應(yīng)的扇葉結(jié)構(gòu)。折緣扇葉型增壓降噪風(fēng)扇裝置，可以消除軸流風(fēng)機(jī)扇葉在限制空間中引致的渦流，降低噪聲，增加風(fēng)壓。

 

Tt公司也推出了五面進(jìn)風(fēng)靜音風(fēng)扇，傳統(tǒng)的風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)的地方主要在頂部，而它則風(fēng)扇四周的提供了入口，這樣它提高進(jìn)風(fēng)量同時(shí)不增加風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速達(dá)到靜音的效果。

 

它采用了Hyper flow（流體力學(xué)設(shè)計(jì)），將原來的封閉式側(cè)壁改成了百葉窗型的側(cè)開口開放式設(shè)計(jì)，因此進(jìn)風(fēng)方式也隨之改變，從單獨(dú)的上進(jìn)風(fēng)變?yōu)樯线M(jìn)風(fēng)與側(cè)進(jìn)風(fēng)并行。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的原理，上進(jìn)風(fēng)的方式是空氣在旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇扇葉的驅(qū)使下，使其自上而下成垂直流動(dòng)，此時(shí)在風(fēng)扇的中心形成一個(gè)空氣壓力相對較低的地區(qū)，風(fēng)扇周圍的空氣于是向氣壓較低的風(fēng)扇中心流動(dòng)，在流動(dòng)的過程中，氣流在扇葉旋轉(zhuǎn)的作用下發(fā)生偏移，從而形成了一個(gè)類似龍卷風(fēng)的渦旋，隨著渦旋的增強(qiáng)，周圍的空氣被迅速的吸過來。這樣的設(shè)計(jì)，有效地防止了風(fēng)扇的末端和扇框之間形成狹窄的氣流擾動(dòng)區(qū)和空氣湍流產(chǎn)生的風(fēng)噪聲。

其實(shí)每個(gè)風(fēng)扇廠商都有自己的扇葉設(shè)計(jì)方法，每種設(shè)計(jì)方法也都是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得，可以說復(fù)雜程度非常之高。對于具體的技術(shù)問題本文就不再深入討論。

散熱器風(fēng)扇的效能主要取決于：風(fēng)扇扇葉直徑和軸向長度；風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速；扇葉的形狀等因素。一般好的風(fēng)扇除了其風(fēng)量大和風(fēng)壓高之外，其本身的可靠性是相當(dāng)?shù)闹匾L(fēng)扇使用的軸承形式在此顯得非常重要。一般高速風(fēng)扇使用滾珠軸承（ball bearing），而低速風(fēng)扇則使用成本較低廉的自潤軸承（sleeve bearing）。每個(gè)風(fēng)扇都需要兩個(gè)軸承，一些風(fēng)扇上標(biāo)著"BS"的字樣，是單滾珠式軸承，BS的意思是"1 ball + 1 sleeve"，依然帶有自潤軸承的成分。比BS更高級的是雙滾珠式軸承，即Two Balls。下面將對各種軸承形式加以說明。

含油軸承是使用滑動(dòng)摩擦的套筒軸承，使用潤滑油作為潤滑劑和減阻劑，初期使用時(shí)運(yùn)行噪音低，制造成本也低，但是這種軸承磨損嚴(yán)重，壽命較滾珠軸承有很大差距。而且這種軸承使用時(shí)間一長，由于油封的原因(電腦散熱器產(chǎn)品都不可能使用高檔油封，一般也就是普通的紙油封)，潤滑油會逐漸揮發(fā)，而且灰塵也會進(jìn)入軸承，從而引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，噪音增大等問題，嚴(yán)重的還會因?yàn)檩S承磨損造成風(fēng)扇偏心引發(fā)劇烈震動(dòng)。出現(xiàn)這些現(xiàn)象，要么打開油封加油，要么就只有淘汰另購新風(fēng)扇。

含油軸承由于使用周期較短，軸承內(nèi)部的油控直接影響運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音大小，所以越來越被各知名大廠所摒棄。雙滾珠軸承現(xiàn)在被業(yè)界廣泛看好，成為高品質(zhì)散熱器風(fēng)扇的首選，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性無出其右，但價(jià)格也較高。而作為物美價(jià)廉的選擇，各大廠商的折衷方案就是采用單滾珠軸承。

單滾珠軸承是對傳統(tǒng)油封軸承的改進(jìn)。它的轉(zhuǎn)子與定子之間用滾珠進(jìn)行潤滑，并配以潤滑油。它克服了油封軸承壽命短，運(yùn)行不穩(wěn)定的毛病，而成本上升極為有限。單滾珠軸承吸收了油封軸承和雙滾珠軸承的優(yōu)點(diǎn)。將軸承的使用壽命提升到了40,000小時(shí)，加入滾珠之后，運(yùn)行噪聲有所增大，但仍小于雙滾珠軸承。

雙滾珠軸承

雙滾珠軸承屬于比較高檔的軸承。軸承中有數(shù)顆微小鋼珠圍繞軸心，當(dāng)扇頁或軸心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼珠即跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槎际乔蝮w，所以摩擦力較小，且不存在漏油的問題。雙滾珠風(fēng)扇優(yōu)點(diǎn)是壽命較長，大約在50000 ~100000小時(shí)；抗老化性能好，適合轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)扇。雙滾珠軸承的缺點(diǎn)是制造成本高，并且在同樣的轉(zhuǎn)速水平下噪音最大（因?yàn)闈L珠軸承摩擦點(diǎn)增加了2倍）。雙滾珠風(fēng)軸承和液壓軸承的封閉性較好，尤其是雙滾珠軸承。雙滾珠軸承被整個(gè)嵌在風(fēng)扇中，轉(zhuǎn)動(dòng)部分沒有與外界直接接觸。在密封的環(huán)境中，軸承的工作環(huán)境比較穩(wěn)定。因此5000轉(zhuǎn)級別的大口徑風(fēng)扇幾乎都使用雙滾珠軸承。而液壓軸承由于具備獨(dú)特的還回式油路，所以潤滑油泄露的可能性較小。

來福軸承

來福軸承（Rifle Bearing）技術(shù)的代表廠商是CoolerMaster，CM已經(jīng)將旗下的大部分傳統(tǒng)油封軸承風(fēng)扇升級到來福軸承。作為傳統(tǒng)油封軸承的改進(jìn)，來福軸承采用耐磨材料制成高含油中空軸承，減小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(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(fēng)扇通過采用以上結(jié)構(gòu)及零件，使得含油及保油能力大幅提升，并降低了噪音。

HYPRO軸承：

Hypro軸承之名來源于HY（Hydrodynamic wave，流體力學(xué)波）PRO（Oil protection system，油護(hù)系統(tǒng)），系知名散熱器及風(fēng)扇設(shè)計(jì)制造廠家ADDA的專利產(chǎn)品，同是在傳統(tǒng)含油軸承基礎(chǔ)之上進(jìn)行多項(xiàng)改進(jìn)而成。Hypro與液壓軸承可謂殊途同歸，兩種設(shè)計(jì)各自采用了一些獨(dú)到的改進(jìn)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(dāng)。通常產(chǎn)品壽命可達(dá)50000小時(shí)以上。

外磁風(fēng)扇是唯一能夠較好解決死區(qū)問題的軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)。外磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電機(jī)移出了“中心”位置，安裝在了風(fēng)扇的四個(gè)角上，風(fēng)扇頁與外框是固定在一起。外磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇大大節(jié)省了馬達(dá)所占據(jù)的空間，最大程度上減小了普通軸流風(fēng)扇中的風(fēng)力盲區(qū)的面積。除了這個(gè)，外磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使風(fēng)扇扇頁轉(zhuǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)，產(chǎn)生較小的噪聲。

 

磁浮風(fēng)扇：

磁浮風(fēng)扇的馬達(dá)有磁浮（MS）設(shè)計(jì)，其磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，故軸芯與磁浮線是平行的，故轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個(gè)轉(zhuǎn)子懸空，在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。因此，磁浮（Magnetic System:MS）事實(shí)上只是一種輔助功能，具體的還有配合之前的設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的磁浮設(shè)計(jì)有與VAPO汽化軸承、BALL滾珠軸承、及SLEEVE含油軸承。

磁浮（MS）設(shè)計(jì)+VAPO汽化軸承

磁浮（MS）設(shè)計(jì)+SLEEVE含油軸承

 

VAPO軸承與SLEEVE軸承的不同點(diǎn)在與材料方面，VAPO是采用特殊的材料，不同與一般的SLEEVE材料，同時(shí)VAPO軸承的內(nèi)層表面也是經(jīng)過特殊加工的，所以在硬度方面比SLEEVE軸承的要好，而且可以經(jīng)受起更高的溫度和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，一般都可以運(yùn)行在70℃以上。而一般的SLEEVE配合磁浮設(shè)計(jì)也是可以延長其壽命的，但就沒有其他的兩個(gè)強(qiáng)了。

液壓軸承

液壓軸承是由AVC首創(chuàng)的技術(shù)。同樣，它也是在油封軸承的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。液壓軸承擁有比油封軸承更大的儲油空間，并有獨(dú)特的環(huán)回式供油回路。液壓軸承風(fēng)扇的工作噪音又明顯的降低，使用壽命也非常長，可達(dá)到40000小時(shí)。但并非所有的AVC散熱器都采用液壓軸承風(fēng)扇。

 

由此可見，液壓軸承實(shí)質(zhì)上仍然是一種油封軸承。但這種經(jīng)過了改進(jìn)，壽命比普通油封軸承大大延長了，并且繼承了油封軸承的優(yōu)點(diǎn)——運(yùn)行噪音小。

納米軸承

富士康在其產(chǎn)品中首先引入了納米軸承。傳統(tǒng)油封軸承風(fēng)扇在使用過程中磨損比較嚴(yán)重，長時(shí)間使用時(shí)的可靠性較低。納米軸承有效的克服了這個(gè)問題：陶瓷軸承技術(shù)采用了納米級高分子材料與特殊添加劑充分融合，軸承核心全面采用納米級的氧化鋯粉，使用沖模及燒結(jié)工藝制成，晶體顆粒由過去的60um下降到了0.3um，具有堅(jiān)固、光滑、耐磨等特性。

納米陶瓷軸承（NCB）具有很強(qiáng)的耐高溫能力，不易揮發(fā)，這大大延長了風(fēng)扇的使用壽命，納米軸承的性質(zhì)與陶瓷類似，越磨越光滑。據(jù)測試，采用納米陶瓷軸承（NCB）的風(fēng)扇平均使用壽命都在15萬小時(shí)以上。