拨得云开见月明 编辑揭秘风扇的秘密

作者:365手机版发布日期:2021-02-20 15:57

  风冷散热器做为最普遍的散热器,一直都没怎么引起普通DIY用户的注意,通常玩家会直接选用盒装CPU里附带的或商家随便推荐的散热风扇。其实风扇还是有很多值得深入探讨的地方,今天就由小编带领大家一起来揭秘风冷散热器的幕后英雄——风扇。小编将从风扇的尺寸、轴承技术、扇叶、转速、接口方面为大家一一揭秘,欲知详情如何,且看下文分解。

  电脑风冷散热器风扇大都为正方形的,每边边长都是一样的长度。图片中蓝线的距离就是风扇的边长,所有风扇大小的定义都是以这个距离来定义的。我们通常讲的几厘米的风扇指的就是这个尺寸。

  电脑风冷散热器的风扇,按作用来分一般可以分CPU散热器风扇和机箱散热风扇。尺寸范围一般从25mm到200mm。CPU散热器风扇常用尺寸为60mm、70mm和80mm三种型号,还有少数12mm的风扇。机箱散热风扇常用风扇尺寸为80mm(厚度25mm)、120mm(厚度25mm)、20mm(厚度30mm)常用于机箱风道上,其中以120mm的最为常见。

  轴承是在机械中起到支撑旋转体的作用的机件。当其他机件在轴上彼此产生相对运动时,用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件,就称之为轴承。我们这里主要谈谈风冷散热器风扇所使用的轴承类形。

  含油轴承又称油封轴承,是目前使用最普遍的一种散热风扇轴承,也可以说是最低端的散热风扇轴承。使用滑动摩擦的套筒轴承,使用润滑油作为润滑剂和减阻剂,优点是价格非常低廉,一般十几块钱就能买到。初期使用时运行噪音不大,不过随着时间推移,噪音会变大。缺点是轴承很容易磨损,寿命较短,容易进灰或漏油。轴承磨损造成风扇偏心引发剧烈震动。还有一点就是冬天的时候,低温会使润滑剂凝固,产生比较大的噪音。

  滚珠轴承一般可以分为单滚珠轴承和双滚珠轴承。滚珠运转时摩擦系数要小于含油轴承,且使用寿命较长,但是相对地成本也较高,另一种单滚珠为滚珠搭配含油轴承的方式。

  双滚珠轴承采用了两个滚珠轴承,利用滚动摩擦来代替传统的滑动摩擦,所以摩擦力较小,不需要润滑油,不存在漏油的问题。它的优点是使用寿命非常长(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,并且噪音较大。

  单滚珠轴承是对传统含油轴承的改进,也可以说是双滚珠轴承的缩减版。采用滑动摩擦和滚动摩擦混合的形式,用一个滚珠轴承加上一个含油轴承来降低双滚珠轴承的成本。它集合了含油轴承和双滚珠轴承的优点,缺点是在加入滚珠之后,较油封轴承运行噪声有所增大,但仍小于双滚珠轴承运行时产生的噪音。大部分高档显卡风扇采用的就是单滚珠轴承技术。

  液压轴承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,并且采用了独特的环式供油回路,在很大程度上减少了漏油的问题,液压轴承风扇的工作噪音较低,接近油封轴承。使用寿命也非常长,理论上可达到40000小时。

  来福轴承是对传统含油轴承的一种改进。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,还带有反向螺旋槽及挡油槽的轴芯。在风扇运转时,其中的润滑油将形成反向回流,使得含油及保油能力大幅提升,从而避免了漏油问题,提升了轴承寿命,并且能够把运行噪音控制得非常小的水平。

  磁悬浮轴承的马达有磁悬浮设计,其磁感应线与磁浮线成垂直状态,故轴芯与磁浮线是平行的,所以转子的重量就固定在运转的轨道上,利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑,使整个转子悬空在固定运转轨道上。具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优点。磁悬浮实际上只是一种辅助功能,并非是独立的轴承形式,具体应用还得配合其它的轴承形式,例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承等等。

  陶瓷轴承在本质上仍然是一种含油轴承,也被叫做纳米陶瓷轴承(纳米其实是一个噱头)。传统含油轴承风扇在使用过程中磨损比较严重,长时间使用时的可靠性较低。陶瓷轴承技术采用了特殊的高分子材料与特殊添加剂充分融合,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。纳米陶瓷轴承具有很强的耐高温能力,不易挥发,大大延长了风扇的使用寿命,采用纳米陶瓷轴承的风扇平均使用寿命都在15万小时以上。同时摩擦阻力低,拥有更高的转速和加速能力。

  就扇叶设计而言,有两个非常重要的因素,一个扇叶的形状,一个是叶片的数量。扇叶的设计对风扇的风量风速噪音等,都有着重要的影响。

  不同的扇叶形状设计,对风扇性能可产生不同的作用,常见的有镰刀型、梯形和AVC专利的折缘型等。相对来说,镰刀型扇叶运转时比较安静,但产生的风压较小,梯形扇叶容易产生较大风压,但噪音相对也较大。折缘型是最优秀的设计,在保持低噪音的同时能产生较大的风压,但因为是AVC的专利,目前仅用于AVC自己的产品中。当然扇叶设计的还涉及到叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片弧度等诸多因素。

  CPU风扇的叶片通常在6片到12片之间,机箱风扇的叶片数量一般比较多。一般说来,叶片数量较少的容易产生较大的风压,但相应的噪音也较大,而叶片数量多则风压较小噪音较小。

  风扇转速是指风扇扇叶每分钟旋转的次数,单位是rpm。风扇转速由电机内线圈的匝数、工作电压、风扇扇叶的数量、倾角、高度、直径和轴承系统共同决定。在风扇设计结构不变的情况下,往往转速越高效能越好,不过转速越高所带来的噪音也就越高。风扇转速是我们在选择风扇时需要考虑的重要因素之一。

  还有一个常用衡量因素就是风流量,以 CFM 单位来计算,CFM 全名为Cubic Feet Per Minute,也就是每分钟排出多少立方英尺空气的体积,一般而言风扇体积越大或转速越高所带来的风流量越大。

  风冷散热器所使用的接口一般为2pin、3pin、4pin,还有不常见的交流风冷散热器,直接从220V交流电上取电。

  2pin接口直流电的正负极,一般红线为正极,黑线为负极,只可以通过调速面板来控制风扇速度。属于低端早期风扇目前基本已经淘汰。

  3pin接口增加的一条线为转速的控制线,一般为黄色,BIOS芯片以及相应的软件可以通过这根线读出风扇转速,并且通过BIOS或软件进行调速。

  4pin:在3pin的基础上增加了测温探头,能够读出当前散热器的温度,一般有这根线的风扇都有PWM智能温控功能,PWM(Pulse Width Modulation)是脉宽调制电路的简称。传统的温控风扇是利用风扇轴承附近的测温探头侦测风扇的进风口温度,从而对风扇的转速进行调节。这种温控虽然解决了一定的问题,但是存在着精度粗糙,而且温控的转速只能做到高速低速两极变速。而Intel提出的PWM将单片机和主板的CPU温度侦测相结合,将其应用于散热器风扇的转速精确控制上,取得了良好的效果。还有一种大4pin直接接在电源上的,通常做为12cm的机箱风扇使用的接口。

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