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如何选择散热风扇(二)

2015-06-03

   在前面,我们对电子产品散热的关键元件:风扇选择进行了基本理论说明,见http://www.youboer.com/NewsShow.asp?ID=87&newstitle=如何选择散热风扇(一)&newsclass=,这里我们对风扇中的轴承种类再进一步List。对于热设计工程师来说,一定对市场上各风扇大厂的轴承技术印象深刻,下面我们就来逐一进行说明。

油封轴承(Sleeve Bearing)

    油封轴承也叫自润轴承或含油轴承,采用的是传统的轴承技术,利用润滑油填充轴芯与轴套间的空隙,轴承中的转杆在润滑剂的作用下,在轴床中转动时,由于毛细作用,与周围只会有点接触,同时轴套表面分布的很多微孔内保存的润滑油,使得摩擦力减到了最小,保证了工作时的稳定性。该轴承优点是初期噪音很小、磨损低,但缺点是后期容易吸附灰尘,且由于油封的原因,润滑油随轴承摩擦发热而挥发,导致摩擦与震动增大,噪音剧增,寿命会大大缩短(平均使用寿命5,000-15,000小时)。

    这类轴承可以说是目前市场上比较老的轴承技术了,不过由于制造成本低廉,在技术上容易实现,不少产品包括知名品牌都还在使用中,此外业类有一定说法:由于国内部分生产的Sleeve风扇因用料原因还很难做到1,5000小时,一般也只有8,000小时左右。

                 

油封轴承示意图

                

某油封轴承风扇拆解


 

双滚珠轴承(Two Ball Bearing

    属于比较高等的轴承,借“滚动摩擦小于滑动摩擦”这一原理产生的滚珠轴承技术可以实现较小的摩擦和远高于油封轴承的使用寿命。这种风扇采用了两个球轴承,轴承中有数颗微小钢珠盘绕轴心,当扇页或轴心转一下时,钢珠即跟着转一下,因为都是球体,所以摩擦力较小。
    其和含油轴承比较起来,滚珠轴承改变了轴承的摩擦方式,这一方式更为有效的降低了轴承面之间的摩擦现象,双滚珠轴承封闭性较好,没有与外界直接接触,有效提升了风扇轴承的使用寿命(大约在40,000~55,000小时)。所带来的缺点就是工艺更为复杂,导致成本提升,同时也带来更高的工作噪音,当然,通过采用优质的材料和先进的制造工艺,双滚珠风扇也完全可以在实现高性能的同时将噪音控制的很好,但这需要制造商拥有足够的技术实力。双滚珠轴承现在被业界广泛看好,成为高品质风扇的首选,运转稳定性无出其右,但价格也较高。

                     

     双滚珠轴承示意图

                 

         某双滚珠轴承风扇拆解

单滚珠轴承(One Ball +One Sleeve

    这种风扇是对于传统油封轴承的改进,采用了滑动摩擦和滚动摩擦兼配合,即吸收了油封轴承和双滚珠轴承的优点,采用一道滚珠作为主支撑,而用另一道油封轴承分担小部分受力,这样不仅降低了成本,还减轻了震动,相比单纯的含油轴承,其寿命理论提升到了40,000小时,缺点是运行噪声还是较大,但仍小于双滚珠轴承。

                     单滚珠轴承示意图              

液压轴承(Hydraulic Bearing

    液压轴承其实是在油封轴承的基础上加以改进的一种风扇,由AVC首创。液压轴承有更大的储油空间,并有自己独特的环回式供油回路,在工作的噪音和使用寿命上都有突破,寿命宣称可达到40,000小时,并且继承了含油轴承的优点——运行噪音小。其设计上有以下特性:

1.增加磁悬浮挡板,令轴芯在旋转过程中与轴套接触的机会更少; 
2.轴承底部固定端密封,形成较大储油空间,可保存较多润滑油; 
3.采用低热损耗的润滑油脂,轴承在高温状态下仍可保证油脂的润滑特性; 
4.液压自动循环油路系统,通过特殊油路连接轴承与储油槽,令润滑油形成循环回路; 
5.轴芯采用金属粉末冶金技术,表面具有大量毛细孔,可吸附润滑油,保证轴承的高润滑度   

    因以上技术工艺,液压轴承即使在高温下,也可以达到双滚珠轴承的低摩擦和高寿命要求,并保持了低的噪音!

                    

    液压轴承示意图


磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)

    磁悬浮风扇这种技术类似于磁悬浮列车那样,磁悬浮风扇的马达有磁悬浮(Magnetic System,MS)设计,就是利用这样的原理,将转子与定子之间保持不接触,其磁感应线与磁浮线成垂直,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,形成整个转子悬在空中,在固定运转轨道上。但磁悬浮究竟上只是一种辅助功效,并非是独立的轴承情势,具体应用还得配合其他的轴承情势,例如磁悬浮+球轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等,Sunon的风扇就采用了这种技术。

                           

磁悬浮轴承示意图

某磁悬浮轴承风扇拆解(一)

某磁悬浮轴承风扇拆解(二)         

汽化轴承(VAPO Bearing)

    这种散热风扇是由Sunon将磁悬浮技术改进而来的,就是把油封轴承的轴套硬度加强,并且采用特殊的材料,其内层也是经过特殊加工的,就克服了含油轴承不耐高温的缺点,所以在硬度方面比SLEEVE轴承的要好,而且可以经受起更高的温度和运转时的摩擦,一般都可以运行在70℃以上。再和磁悬浮技能配合,就大大延长了使用寿命,这种也和AVC的液压轴承很类似。

 

流体保护系统轴承(HYPRO Bearing)

    其名称来源于HY(Hydrodynamic wave) PRO(Oil protection system)特点有:
● 轴承系以比青铜(Bronze)更硬的新合金复合材料 (Alloy) 制成,磨损率低,寿命增长;
● 采用独特之轴承结构能储存并且维持较多油量,形成一个循环油路的保护润滑系统,噪音自然降低;
● 结构上减少轴承与轴套之间的磨擦表面积,当Hypro轴承风扇运转时,轴承温度比其它轴承降低许多;
    ADDA的风扇使用了这种技术,流体保护系统轴承与液压轴承可谓殊途同归,两种设计各自采用一些独到的改进措施,但精髓同为循环油路系统,各方面的体现也基本相当,通常产品宣称寿命可达50,000小时以上。     

 

HYPRO轴承示意图

              

某HYPRO轴承风扇拆解 

 

来福轴承(Rifle Bearing)

    作为传统含油轴承的改进,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,来福轴承还带有逆向螺旋槽及挡油槽的轴芯,在风扇运转时含油将形成逆向回游,从而避免含油流失,因此提升了轴承寿命。来福轴承电扇通过采用以上结构及零件,使得含油及保油能力大幅提升,并降低了噪音,代表厂商是CoolerMaster。

                                             

     某来福轴承实物


纳米陶瓷轴承(NANO Ceramic Bearing,NCB)

    纳米陶瓷轴承是由富士康在其产品中首先引入的,传统含油轴承风扇在使用中磨损比较严重,纳米轴承有效克服了这个问题,陶瓷轴承技能采用了特殊的高分子材料与特殊添加剂充实融合,轴承四周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,具备坚固、平滑、耐磨等特性。纳米陶瓷轴承具备很强的耐高温能力,这大大延长了其使用寿命,纳米轴承的性质与陶瓷近似,越磨越平滑。据测试,采用纳米陶瓷轴承的风扇平均使用寿命使用寿命较普通轴承提高到120,000~150,000小时以上。

                      

纳米陶瓷轴承

                                      

某纳米陶瓷轴承风扇

    本文为各种轴承做一汇总,力求客观真实,不为各家做“广告”,它们大多在噪音、寿命和成本上有着特有的优势,以下表格供大家参考。

轴承类型

使用寿命(小时)

工艺难度

制造成本

代表厂商

工作噪音

油封(Sleeve

5,000~15,000

双滚珠(2Ball

40,000~55,000

较低

★★★★★

单滚珠
(1Ball)

30,000-40,000

★★★★

液压(Hydraulic

40,000

★★★★

AVC

磁悬浮
Magnetic

40,000

★★★★

Sunon

汽化轴承(VAPO

40,000

★★★

Sunon

流体保护系统
Hypro

50,000

★★★

ADDA

来福轴承

(Rifle Bearing)

40,000

较低

★★★

CoolerMaster

纳米陶瓷轴承

(NCB)

120,000~150,000

★★★★

Foxconn

 

由优博尔技术中心编辑,若有问题请联系: Tech@youboer.com

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