散熱原理——軸承和葉片

軸承和葉片是散熱風扇兩大組成部分，這兩大部分的改進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)生較大的風壓，但運轉(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，鐮刀型扇葉運轉(zhuǎn)時比較平穩(wěn)安靜，但所能產(chǎn)生的風壓也較小；梯形扇葉容易產(chǎn)生較大風壓，但噪音也較大。折緣型是最優(yōu)秀的設計，在保持低噪音的同時能產(chǎn)生較大的風壓，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計。

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

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

 

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

 

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

 

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

其實每個風扇廠商都有自己的扇葉設計方法，每種設計方法也都是經(jīng)過大量的實驗數(shù)據(jù)所得，可以說復雜程度非常之高。對于具體的技術問題本文就不再深入討論。

散熱器風扇的效能主要取決于：風扇扇葉直徑和軸向長度；風扇的轉(zhuǎn)速；扇葉的形狀等因素。一般好的風扇除了其風量大和風壓高之外，其本身的可靠性是相當?shù)闹匾?，風扇使用的軸承形式在此顯得非常重要。一般高速風扇使用滾珠軸承（ball bearing），而低速風扇則使用成本較低廉的自潤軸承（sleeve bearing）。每個風扇都需要兩個軸承，一些風扇上標著"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，初期使用時運行噪音低，制造成本也低，但是這種軸承磨損嚴重，壽命較滾珠軸承有很大差距。而且這種軸承使用時間一長，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)，而且灰塵也會進入軸承，從而引起風扇轉(zhuǎn)速變慢，噪音增大等問題，嚴重的還會因為軸承磨損造成風扇偏心引發(fā)劇烈震動。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轉(zhuǎn)時噪音大小，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)散熱器風扇的首選，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性無出其右，但價格也較高。而作為物美價廉的選擇，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。它的轉(zhuǎn)子與定子之間用滾珠進行潤滑，并配以潤滑油。它克服了油封軸承壽命短，運行不穩(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。將軸承的使用壽命提升到了40,000小時，加入滾珠之后，運行噪聲有所增大，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，當扇頁或軸心轉(zhuǎn)動時，鋼珠即跟著轉(zhuǎn)動。因為都是球體，所以摩擦力較小，且不存在漏油的問題。雙滾珠風扇優(yōu)點是壽命較長，大約在50000 ~100000小時；抗老化性能好，適合轉(zhuǎn)速較高的風扇。雙滾珠軸承的缺點是制造成本高，并且在同樣的轉(zhuǎn)速水平下噪音最大（因為滾珠軸承摩擦點增加了2倍）。雙滾珠風軸承和液壓軸承的封閉性較好，尤其是雙滾珠軸承。雙滾珠軸承被整個嵌在風扇中，轉(zhuǎn)動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)級別的大口徑風扇幾乎都使用雙滾珠軸承。而液壓軸承由于具備獨特的還回式油路，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)油封軸承風扇升級到來福軸承。作為傳統(tǒng)油封軸承的改進，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，在風扇運轉(zhuǎn)時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，流體力學波）PRO（Oil protection system，油護系統(tǒng)），系知名散熱器及風扇設計制造廠家ADDA的專利產(chǎn)品，同是在傳統(tǒng)含油軸承基礎之上進行多項改進而成。Hypro與液壓軸承可謂殊途同歸，兩種設計各自采用了一些獨到的改進措施，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。通常產(chǎn)品壽命可達50000小時以上。

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

 

磁浮風扇：

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

磁?。∕S）設計+VAPO汽化軸承

磁?。∕S）設計+SLEEVE含油軸承

 

VAPO軸承與SLEEVE軸承的不同點在與材料方面，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轉(zhuǎn)時的摩擦，一般都可以運行在70℃以上。而一般的SLEEVE配合磁浮設計也是可以延長其壽命的，但就沒有其他的兩個強了。

液壓軸承

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

 

由此可見，液壓軸承實質(zhì)上仍然是一種油封軸承。但這種經(jīng)過了改進，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——運行噪音小。

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)油封軸承風扇在使用過程中磨損比較嚴重，長時間使用時的可靠性較低。納米軸承有效的克服了這個問題：陶瓷軸承技術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，具有堅固、光滑、耐磨等特性。

納米陶瓷軸承（NCB）具有很強的耐高溫能力，不易揮發(fā)，這大大延長了風扇的使用壽命，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）的風扇平均使用壽命都在15萬小時以上。