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SUNON创新磁浮设计与VAPO轴承搭配之缘由
(Inventor: Mr. Alex Horng)
SUNON在风扇马达行业已经有20年的专业生产经验,对整个马达的结构有突破传统的创新发明。,
马达风扇的传动部份通常使用两种轴承:一种是含油轴承,简称SLEEVE 轴承,另一称为滚珠轴承,简称为BALL轴承。
首先就以使用含油轴承的部分来加以说明如下:
传统的直流无碳刷风扇马达设计时,是扇叶转子(简称转子)藉其轴芯穿越含油轴承,简称SLEEVE轴承,框架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,
才不会将轴芯锁死而无法运转;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,藉驱动回路的控制使风扇马达运转。
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在传统风扇马达的结构里,只有一個扇叶转子及一个马达定子和一个驱动回路,而凭借轴芯与轴承之框接, 隨着磁厂感应而运转,如(右图一)所示。
所以传统的转子与定子产生的感应磁力线,与轴芯长度伸出之方向是成垂直, 又因转子重量无磁浮设计配合或第三种方式来承受负载,整個扇叶转子的重量就全部落在轴芯与轴承的接触面上,
所以转子向定子圆周任何一弧面偏移是必然的,故马达运转时,转子会有偏心甩晃旋转的现象, 尤以感应磁力线在转子磁铁的中间段最为严重,感应磁力线在转子磁铁上、下两端面次之。
当然传统马达也有利用感应磁力线,设计转子与定子些许的定位差造成吸力,用轴芯尾端之顶撑造成转子挺起悬空, 但是也无法解决运转甩晃之现象。且轴芯与轴承间又有间隙,同時转子与定子间亦一定要设计有间隙,
在这种转子的重量全部负载于轴芯,而沒有其它设计的辅助下,转子在运转时,一定会偏向转动,形成转子偏重下垂, 偏向摩擦旋转,在这种状况下,接近真圆的轴承內径,随着运转时数的增加,很快就变成橢圆形,且內径表面很快就被磨损,
破坏轴承內径原有的平坦度,而成不规则的表面,使摩擦系数上升,噪音就是这样产生,产品使用寿命亦就減短。
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故传统马达使用含油轴承的最大缺点是:
1.因转子重量全部负荷于轴芯,故会造成轴芯与轴承摩擦运转成畸形或不平坦,使得马达运转不順,寿命减短。
2.轴承內径容易被磨损成橢圆,而产生机械噪音,故无法被使用在携带式之产品上, 亦就是常更换方向、角度之产品,如测试仪器、笔记本型电脑等。
3.因传统的轴承两端,均设计有油圈、麦啦,並沾上润滑油以防止运转时的噪音产生, 因此使得轴芯与轴承运转摩擦面积增加,一方面所产生之高温气体(未固化前)无法排除掉, 而被轴承两端之油圈、麦啦拦下来成固态之氮化物,淤塞于轴芯与轴承之间隙內,
阻碍了整个马达运转的顺畅,当然噪音亦就因此而产生,使用寿命亦就缩短。
4.为了強化轴芯轴承表面的摩擦寿命,故轴承与轴芯之间的间隙,一定要设计的很小, 且其精密度要很高, 故对马达的运转启动效果就会比较差。
但在优点方面:
1.比较耐外力之撞击,因搬运运输所造成的损坏较少。
2.价格便宜,与滚珠轴承相比,价格差异很大。
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传统风扇马达使用BALL Bearing(滚珠轴承)的最大缺点: (如图二)
1.因为滚珠轴承之构造精密,由数个圆金属珠及內、外金属环结合而成,结构体相当的脆弱,无法承受外力之撞击,
故组裝与携带式的产品,不可用力重放或掉落,否則滚珠轴承容易受到损坏而造成更大之噪音。
2.所以风扇马达运转的时候,滚珠轴承的圆金属珠之滚动会产生较大的噪音,此噪音比含油轴承大。
3.价格高,无法与含油轴承在成本价格上竞争。
4.货的来源与数量的需求,不易掌控。
BALL Bearing(滚珠轴承)之最大的优点:
1.滚珠轴承是运用圆金属珠运转,属于点的接触,故起动运转很容易。
2.滚珠轴承是配合弹簧使用,故在弹簧顶撑着BALL Bearing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,故可使用于不同的方向、角度的可调式产品,但仍要防止乱撞与掉落,免得滚珠轴承受损, 而造成噪音之产生,使用寿命的减损。
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所以传统的风扇马达,不管使用SLEEVE轴承或BALL 轴承,除了本身独特的优、缺点外,还有以下共同的缺点:
1.组配零件多,如油圈、华司、弹簧等;不易组裝,更不易自动化生产。
2.组裝零件规格很多,品质不易掌控,马达又是属于动态性产品,长期运转之下,品质的稳定性更是不易掌控。
3.组成的零件数量多,当然材料成本及组装成本及品质控制成本也就相对提高。
就因传统的风扇马达有那么多缺点,且不易突破改变,故SUNON在这过去的20年岁月里,很执着在这方面, 並用心地研究发展与实践。从11年前客户的提醒与建议:既然要专业在风扇马达的领域永续经营,应该研发一种能突破传统的新架构,去作实际运转10万小時的产品寿命实践,以解决传统风扇马达的缺点。就因有这种原因与行动行,SUNON才有今天的磁浮设计与VAPO 轴承的推出。
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现在将整个磁浮系统(Magnetic
System : MS )的设计与VAPO气化轴承、BALL滚珠轴承、 及SLEEVE含油轴承配合的完整状况(如图三所示),叙述于下,请多指教。
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磁浮(MS)设计+ VAPO气化轴承及磁浮(MS)设计+ SLEEVE含油轴承
VAPO轴承与SLEEVE轴承之不同点; 在材料方面,VAPO是采用特殊材质,不同于一般SLEEVE的材料,同时在VAPO轴承的內层表面是经过特殊的加工处理,
以加強其表面硬度,使其更耐磨、更能承受高温之运转摩擦。如果沒有配合磁浮(MS)设计, VAPO轴承与SLEEVE轴承两者的功能差异不大,但若和磁浮(MS)设计配合使用,就能产生很大的乘数效果。 若以SLEEVE轴承配合磁浮(MS)设计,其寿命一定比传统的SLEEVE轴承长,甚至有倍数增加的可能。
故VAPO轴承搭配磁浮(MS)设计,不但可以使用在更高温度70℃以上使用,若在相同条件下,其使用寿命,
也一定倍数于SLEEVE轴承搭配磁浮(MS)设计的使用寿命是绝对正确。
搭配磁浮(MS)设计之所以有此效果,其主要因素是:风扇马达有磁浮(MS)设计,
其感应磁力线是与磁浮线成垂直与轴芯长度伸出方向,亦是成垂直。故轴芯与磁浮线是平行的。
故扇叶转子就被吸往轴芯伸出方向,整个扇叶转子的重量就被吸附于磁浮片上,就因这样, 藉由无重量负载的轴芯定点矿框接在定子的轴承內径上,就形成一个负荷转子重量的固定运转轨道。
利用无负载的轴芯尾端顶点与固定在金属管底部的顶芯盖接触,並将转子轴芯往反磁浮线方向顶撑, 形成整个转子悬空,在固定运转轨道上,定点的通电旋转。
也因此VAPO轴承的两端也就形成无任何接触物的空间A及B,使得轴芯与轴承运转摩擦所产生的气化物(未固化前)由两端空间A、B排出, 故无任何固态氮化物之产生与淤塞,因此不会影响运转寿命。重点就在磁浮线与顶芯盖之使用, 形成VAPO轴承两端之间,无油圈、华司之间存在磨擦,所以轴芯与轴承的摩擦面积最小,相对的噪音低是必然的。 这样的吸顶力相牵引,使得风扇马达不管在任何方向、角度,均能维持不变之固定运转道,定点的旋转;原因是:整个转子被均勻吸附在磁浮片上,藉由轴芯之定位,所以转子就不会偏心甩晃旋转。也因磁浮片藉由磁浮线而负载整个扇叶转子之重量,而使轴芯之功能只限于转子的定位,此时轴芯在VAPO轴承內是处于正中心之位置,当马达旋转时,轴芯在轴承內是与空气摩擦挺空运转。所以使用寿命就会很长。
故此磁浮(MS)设计搭配VAPO 轴承之结合,聚集了传统BALL轴承及SLEEVE轴承之所有优点、特性于一身, 而杜绝了两者先天上的缺点,同时亦排除了两者共同之缺点
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茲将磁浮(MS)设计搭配VAPO轴承之设计优点祥述于下:
1.风扇马达运转时,轴芯在VAPO轴承內与空气摩擦运转,轴承被磨损成畸形或橢圓,是极为不易,所以使用寿命就很长。
2.轴芯在轴承內与空气摩擦旋转, 阻力很低,故风扇马达起动运转很容易。
3.轴芯与轴承之组合,又不必使用油圈、华司,更不用加油润滑,所以风扇马达漏油之困扰就沒有。
4.磁浮设计形成轴承两端之空间,排除氮化物之产生与淤塞,故风扇马达在长期使用下,可很顺畅之运转。
5.轴芯与轴承之摩擦面积小,又无直接全面之接触摩擦,所以风扇马达运转产生之噪音就很低。
6.磁浮线与顶芯盖之使用造成互相牵引,使得转子挺空旋转,替代了传统马达使用滚珠轴承之功能, 可让使用者安心应用于不确定角度、方向之可写携带式的产品上。
7.VAPO轴承材质特殊,耐磨又耐撞击,與具有弹性功能之磁浮设计相互配合,使风扇马达更耐得起撞与使用。
8.风扇马达若需要在高温下使用,搭配这种设计,是可在高温70℃以上操作使用。当然低温使用亦是很棒的。
9.零件少,不再使用油圈、华司、弹簧等零件,品质管控容易。
10.油圈、华司、弹簧不再使用于风扇马达,自动化生产就很容易。
11.零件来源掌控容易,可配合短时间大量之需求。
12.发明这种设计,不但功能特性显著,同时整个成本费用亦比传统滚珠轴承低。
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磁浮(MS)设计与BALL滚珠轴承之搭配 (如图四)
因磁浮(MS)设计配合BALL轴承之使用,是藉由轴芯与磁浮线是成平行的关系,故整个扇叶转子之重量, 被吸附于磁浮片上,藉由轴芯支撑框接固定在滚珠轴承之內径中,而成一个固定运转轨道。就因如此,
藉由磁浮线之关系,使整个扇叶转子就被吸往轴芯长度伸出之方向,稳坐在BALL轴承之上方,成定轨、定点的旋转。
相对的,脆弱的BALL 轴承(滚珠轴承)藉磁浮线而被扇叶转子与銅套夹持固定于其间,受到保护, 同时亦比传统的设计结构更容易组裝。由于磁浮线取代了弹簧之功能,所以弹簧等微小零件就不必使用。
综合以上所述,磁浮设计配合VAPO轴承使用在风扇马达,可说是本公司产品技术迈向2000年的重大突破, 不但功能性相当的卓越,也可让应用此种风扇马达的客戶,无品质之忧虑,同时成本可以降低。 所以此种设计的使用在现在与未来取代滚珠轴承是必然的趋势。
当然USER在未了解此种设计之功效前,仍然会指定使用滚珠轴承,但若能使用磁浮设计杏与BALL轴承作搭配,使脆弱的滚珠轴承受到更佳的保护,使你的产品品质稳定寿命更长,你就会更快乐! SUNON的全体员工也将因您的使用,感到无上的光荣与感激。
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SUNON迷你风扇,鼓风机与中央处理器冷却器的功能
「迷你化」很明显地,已成为所有精密电子、电气设备和机械工业的主流;而且这些工业正是当今世界主要的经济动力来源。为了满足笔记型计算机、扫瞄器和其它精密产品等仪器的需求,SUNON推出一系列迷你型冷却产品:如Extra-mini DC Fan,
Ultra-thin DC Fan, Micro DC Fan与Super-thin CPU Cooler等等。
这些产品的共同特征是:(1) 具有超小、超薄的马达,风量大、噪音低;(2)低伏激活电压,可增大操作电压的范围,并满足环保需求;(3)低耗电电流,减少耗电量并延长风扇使用寿命。
超小与超薄马达
SUNON专利设计的风扇马达使用单一线圈设计,可轻易缩小马达中心,使得风扇的扇叶可变长变大;因此,风量自然增大。再加上专利设计马达的强大扭力,使每个SUNON所生产的散热扇与鼓风扇,均比市面上其它厂家同型号产品多出40%的风量。
故而,与其它厂家的风扇比较,SUNON的风扇能以较低的转速,产生相同的风量,所以SUNON风扇的震动就比较小,相对的运转噪音就比较低,因此寿命比较长。
超低激活电压
目前上市的所谓低激活电压是4 VDC,而SUNON的超低激活电压则是以2.8 VDC来激活5 VCD的散热扇。这种超低激活电压特别适用于目前炙手可热笔记型计算机设计。如众所知,一般笔记型计算机有电源供应与狭小空间的限制,SUNON的5 VDC风扇能够在2.8
VDC激活,与操作电压5 VCD的间距就比较大,相对5VDC不良率就可避免。
超低运转电流
SUNON专利的马达产品设计,磁极数可增加八极甚至更多。而SUNON的八磁极马达消耗的电流较一般产品省百分之四十以上。且八磁极马达能产生比四磁极马达更高的扭力,因此采用SUNON的迷你散热扇和鼓风扇,不仅耗电低且冷却效能高。
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小型DC鼓风机
SUNON新发明的4.8mm小型DC鼓风扇(GB系列)是目前全球最薄的鼓风扇。仅4.8mm厚的鼓风扇,单点冷却(spot cooling)的效果,可提供客户超出想象的表现能力。为了提供小型电子设备需求,特别设计的GB系列的鼓风机具有风量大、风压大、电流低、噪音低与寿命长等,设计优点是符合21世纪环保要求的。
GB鼓风扇提供的尺寸有:25x25x10mm,
30x30x10mm, 35×35×4.8mm, 35x35x6mm,
35x35x7mm, 40x40x7mm, 40x40x9mm, 45x45x7mm,
45x45x9mm,采用铝制外框材质。也可依照客户的需要使用工程塑料材质。
SUNON小型DC鼓风扇现有的尺寸有:25×25×10mm、30×30×10mm、35×35×6mm、35×35×7mm、45×45×7mm,可装在铝框或塑料框内。推出这种小型DC鼓风扇是为了响应组件高度密集,而外壳迷你化的趋势。不论使用铝框或塑料框,小型DC鼓风机都是为了安装在高系统阻抗的系统中而设计。以个别的特征而言,散热扇和鼓风扇之间的差异在于风量和风压。当尺寸相同时,鼓风扇比散热扇具有较低的风量和较高的风压,而散热扇具有比鼓风扇较大的流动路径,所以,在应用上各有特色。
以工程设计而言,散热扇适合于较低系统阻抗、需要高风量来冷却,且外型较宽的设备。鼓风扇则适用于高系统阻抗、仅低风量来冷却,且在外型薄小的设备中。
塑料外框的散热扇和鼓风扇,都具有从高温封闭系统散热和加强空气循环的功能。此外,铝框鼓风扇还被广泛运用于单点冷却上,它能直接装置在组件的热点并有效地达到单点冷却的效果,例如装置在中央处理器附加的散热器,便能明显地改善笔记型计算机由内到外的热量传送。
如果在您的设备上有任何的高温问题,SUNON的工程人员,将诚挚地为您解决关于高温的问题。
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轴承系统
SUNON为满足不同的市场需求,以铜套轴承或滚珠培林来制造冷却风扇。若考虑着经济的问题和运作的安静,铜套轴承在大多数的应用上是最好的选择。SUNON的铜轴系统,包含烧结金属轴承与特殊含浸润滑油,运用流体力学效果以最小的噪音提供长使用年限。散热扇的寿命通常取决于它的轴承可靠度,SUNON的铜套轴承系统已被证实具有高效率与低生热的特点。数以千万计的SUNON铜套轴承散热扇均为SUNON的客户所使用与肯定。
以精密的滚珠培林系统制成的SUNON散热扇,可以满足高温环境下运作、特定安装方位与长期使用年限等需求。SUNON小型DC散热扇、鼓风扇与CPU冷却器皆备有精密的滚珠培林,其厚度仅2mm、外径4mm。
鉴于培林轴承寿命是决定散热扇使用年限的主要因素,SUNON依据下列三个重要的条件来评估选择滚珠培林:(1)润滑油,(2)轴承材料,(3)培林寿命。使用润滑油的目的是降低磨擦与磨损、延长使用寿命与散发磨擦热。理论上培林寿命在理想的润滑状况下能够准确地计算出来。培林选用的材料必须在滚动接触时,具有高度的抗疲乏强度、硬度、抗磨损、尺寸稳定与机械强度。
培林轴承的寿命定义是从开始使用直到完全失去滚动能力这段期间。而这段期间的长短由噪音、磨损、润滑油(脂)和滚动疲乏来决定。即使轴承有适当安装与正确使用,在长期使用后,仍无法圆满地发挥其功能。
SUNON的小型散热扇、鼓风扇和CPU冷却器采用一种高品质的迷你滚珠培林系统,因采用这种高级、精确的培林轴承系统,在环境温度25℃下,其使用寿命可达到50,000小时以上。
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电磁干扰(EMI)的防止
电磁干扰有两类,即不需要的电流与电磁场发射所形成的干扰能量。
美国的联邦通讯委员会(FCC)及德国的类似机构Verband Deutscher Elektrotechniker(VDE)均已建立管制电磁干扰之规定。工程师必须滤除噪声或消除接地回路(ground loop)。在设计使用散热扇之初期研发阶段,使用一个电容器或环形铁心(ferrite
bead)均能改善电磁干扰问题。SUNON散热扇含有抑制电磁干扰的电容器,以限制EMI的发射。
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如何测量风量与风压的关系
一般而言,测量气流的特性十分困难,但仍有两种方式法用来测量静压与风量,一为风洞测试,另一种为双箱方式。
本网页所显示的风量和静压特性规格是采用双箱方式来测量,在此我们将解释何谓双箱方式(如图一)。可变排气系统(variable
exhaust system)抽出空气来调整空气密度,瞬间打开喷嘴将造成静压与风量的瞬间变化,然后读取每个静压计上的压力读数。
最大风量的测量是调整可变排气系统使B箱的静压为零的条件下所测得的风量。此时,A、B箱之间的静压差是在风扇运转中而喷嘴打开时所测出。
最大静压的测量是A箱口的风扇处于运转中而喷嘴关闭时所测到的。此情形即造成密闭箱,故其静压可达到最大值。A箱之静压值即其最大静压与大气压之差压。
当风扇在额定电压运转稳定时,其实际测量值即可记录下来。
风量换算表

静压换算表
本网页所显示的特性曲线是在标准大气及固定的操作电压与频率之条件下,静压以风量容积为函数之表现。散热扇的静态效率等于风量之容积乘以静压再除以输入的电能。风扇是包括马达、扇叶与外框,因此其效率包括马达的电机效率,以及扇叶和外框的空气流动效率。
TOP
如何选择正确的风扇或鼓风扇
所有需要使用风扇散热的电机与电子产品的设计工程师,必须决定一个特定系统散热所需的风量,而所需的风量取决于了解系统的耗电量及是否能带走足够的热量,以预防系统过热的情形发生。事实显示,系统的使用年限会由于冷却系统的不足而降低,所以设计工程师也应该明白,系统的销售量与价格,可能因为系统的使用年限不符使用者的预期而下降。
欲选择正确的通风组件,必须考虑下列目标:
最好的空气流动效率
最小的适合尺寸
最小的噪音
最小的耗电量
最大的可靠度与使用寿命
合理的总成本
以下三个选择正确散热扇或鼓风扇的重要步骤,可帮你达成上述几个目标。
步骤一:总冷却需求
首先必须了解三个关键因素以得到总冷却需求:
必须转换的热量 (即温差DT)
抵消转换热量的瓦特数 (W)
移除热量所需的风量 (CFM)
总冷却需求对于有效地运作系统甚为重要。有效率的系统运作必须提供理想的运作条件,使所有系统内的组件均能发挥最大的功能与最长的使用年限。
下列几个方式,可用来选择一般用的风扇马达:
1.算出设备内部产生的热量。
2.决定设备内部所能允许的温度上升范围。
3.从方程式计算所需的风量。
4.估计设备用的系统阻抗。
5.根据目录的特性曲线或规格书来选择所需的风扇。
如果已知系统设备内部散热量与允许的总温度上升量,可得到冷却设备所需的风量。
以下为基本的热转换方程式:
H = Cp×W×△T
其中
H = 热转换量
Cp = 空气比热
△T = 设备内上升的温度
W = 流动空气重量
我们已知 W = CFM×D
其中 D = 空气密度
经由代换后,我们得到:

再由转换因子(conversion factors)与代入海平面空气的比热与密度,可得到以下的散热方程式:
CFM = 3160×千瓦/△℉
然后得到下列方程式:


其中
Q:冷却所需的风量
P:设备内部散热量 (即设备消耗的电功率)
Tf:允许内部温升 (华氏)
Tc:允许内部温升 (摄氏)
DT = DT1与DT2之温差
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温升与所需风量之换算表
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0.5
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1
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1.5
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2
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2.5
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3
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3.5
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4
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4.5
|
5
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50 90
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18
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35
|
53
|
70
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88
|
105
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123
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141
|
158
|
176
|
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45 81
|
20
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39
|
59
|
78
|
98
|
117
|
137
|
156
|
176
|
195
|
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40 72
|
22
|
44
|
66
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88
|
110
|
132
|
154
|
176
|
195
|
220
|
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35 63
|
25
|
50
|
75
|
100
|
125
|
151
|
176
|
201
|
226
|
251
|
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30 54
|
29
|
59
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88
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117
|
146
|
176
|
205
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234
|
264
|
293
|
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25 45
|
35
|
75
|
105
|
141
|
176
|
211
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246
|
281
|
316
|
351
|
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20 36
|
44
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88
|
132
|
176
|
220
|
264
|
308
|
351
|
396
|
439
|
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15 27
|
59
|
117
|
176
|
234
|
293
|
351
|
410
|
469
|
527
|
586
|
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10 18
|
88
|
176
|
264
|
351
|
439
|
527
|
615
|
704
|
791
|
879
|
|
5 9
|
176
|
351
|
527
|
704
|
879
|
1055
|
1230
|
1406
|
1582
|
1758
|
例一:设备内部消耗电功率为500瓦,温差为华氏20度,下列为其计算结果:
或

例二:设备内部消耗电功率为500瓦,温差为摄氏10度:
或

步骤二:全部系统阻抗/系统特性曲线
空气流动时,气流在其流动路径会遇上系统内部零件的阻扰,其阻抗会限制空气自由流通。压力的变化即测量到的静压,以英吋水柱表示。
为了确认每一槽排(slot)之冷却瓦特数,系统设计或制造厂商不但必须有风扇的有效风扇特性曲线以决定其最大风量,而且必须知道系统的风阻曲线。系统内部的零件会造成风压的损失。此损失因风量而变化,即所谓的系统阻抗。
系统特性曲线之定义如下:
DP = KQn
其中 K = 系统特定系数
Q = 风量 (立方呎)
n = 扰流因素,1 < n < 2
平层气流时,n = 1
乱流气流时,n = 2
步骤三:系统操作工作点
系统特性曲线与风扇特性曲线的交点,称为系统操作工作点,该工作点即风扇之最佳运作点。
操作工作点

在工作点,风扇特性曲线之变化斜率为最小,而系统特性曲线之变化率为最低。注意此时的风扇静态效率(风量 ×风压 ÷耗电)为最佳化。
设计时应考虑项目:
1.保持空气流动尽量不受阻扰,入风口与出风口保持畅通。
2.引导气流垂直通过系统,以确保气流顺畅而提升冷却效率。
3.如需加装空气滤网,应考虑其增加的空气流动阻力。
选择最佳风扇的例子:
例一:
图一为典型SUNON DC散热扇60×60×25mm的特性曲线。此风扇可能操作在A点或C点,分别可输送6 CFM或20 CFM。如果该系统之阻抗对于气流在A点会造成0.16吋水柱或C点0.04吋水柱的静压质。如果该系统因改良而运作于B点,则风扇可输送12 CFM而静压仅0.09吋水柱。
图一:60×60×25mm中速风扇之特性曲线

例二:
如图二所示,特性曲线二是同一尺寸与形状之风扇,但其转速比特性曲线一低。如果系统仅需要15 CFM风量在0.05吋水柱静压,则静压降与风量曲线之交点应通过B点,因此风扇在零静压时可输送18 CFM已足够冷却之需。因此最后的安排是选用低速风扇。
图二:60×60×25mm低、中速风扇之特性曲线

如图二依图表说明,从一种风扇改用另一种风扇的结论。当然有时可能甚至选用尺寸较小的风扇,如果系统阻抗能充分地减低,也可以获得相同的风量。
例三:
如图三所示,为40×40×6mm(曲线三)、30×30×6mm(曲线二)、25×25×6mm(曲线一)中转速DC风扇之特性曲线。
情况一:
假如系统阻抗为0.025吋水柱而需要2 CFM的风量来冷却,建议你使用40×6mm DC风扇。(请参考B点运作) 情况二: 假如有更多组件加进系统且(或)外形变得更密实时,将产生更多的系统阻抗。现在假设系统阻抗上升至0.038吋水柱,并需要0.85 CFM的风量来冷却,有两种风扇可供选择:40×6mm、30×6mm。(请参考操作工作点A)。另一种用来冷却具有高系统阻抗之系统的选择为小型DC鼓风扇。
图三:40×40×6mm与30×30×6mm风扇之特性曲线

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并联与串联运作
并联运作就是并列使用两个或两个以上的风扇。
并联风扇与单独风扇的运作曲线图

两个风扇并联所产生的风量体积,仅在自由空间条件下,为单一风扇风量的两倍,而当并联风扇应用于较高系统阻抗的情况时,系统阻抗愈高,并联风扇所能增加的风量愈低。因此,并联的应用仅在低系统阻抗的情况下建议使用,即风扇在几乎完全自由送风的情况下运作。
串联风扇与单独风扇的运作曲线图

串联运作就是串行使用两个或两个以上的风扇。
两个风扇串联产生的静压,在零风量条件下可达两倍,但在自由空间的情况下,并不能增加风量。多加一个串联风扇,在较高静压之系统,可增加风量。
因此,串联运作对高系统阻抗的系统,可达到最高的效果。
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噪音值
SUNON风扇的噪音是在背景噪音低于15 dBA无回响室中所测量。待测风扇在自由空气中运转,距入风口一米处置一噪音计。

音压级(Sound Pressure Level)依背景因素而定,与音能级(Sound Power Level)由下列公式表示之:
SPL = 20㏒10P/Pref
及 SWL = 10㏒10W/Wref
其中 P = 音压
Pref = 基准音压
W = 音源的噪音能量
Wref = 音源的噪音能量
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:
3 dBA 几乎没有感觉
5 dBA 感觉出来
10 dBA 感觉两倍大声响
噪音程度:
0 ~ 20 dBA 很微弱
20 ~ 40 dBA 微弱
40 ~ 60 dBA 中度
60 ~ 80 dBA 大声
80 ~ 100 dBA 很大声
100 ~ 140 dBA 震耳欲聋
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如何达成低噪音
下列五项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: (System
Impedance)
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
延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
在一个系统内,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。
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建准风扇第三条导线讯号信息
1.风扇之切换驱动电路设计提供转速的测量:
此风扇马达有三条导线 (红线:+,黑线:-,黄线:第三条讯号传出导线)
OCM型:
低电压激活
第三条导线方形波经一晶体管放大后输出
(开集极回路型,open collector type)
TM型 :
第三条导线方形波经一晶体管放大后输出
M型 :
第三条导线方形波未经晶体管放大
仅0.5 ~ 2.2V (5V风扇) 或0.5 ~ 6V (12V风扇)
OCM与TM型之输出线路为晶体管之集极(开集极设计)

2.风扇采用驱动集成电路(IC)
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R型 (运转检知器)

第三条导线讯号:
运转时:低电位(VL)
锁住时:高电位(VH)
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F型 (方形波产生器)

第三条导线讯号:
运转时:方形波
锁住时:高电位(VH)
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t1:切断运转电流(IR),以保护锁住的马达
t2:送出激活电流(IS),自动再激活
t3:F型风扇有开即极回路(open collector)之设计,以提供转速之测量
转速(rpm) = 60/t3×极数
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