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

葉片數量

CPU風扇的葉片通常在6片到12片之間。一般說來，葉片數量較少的容易產生較大的風壓，但運轉噪音也較大；而葉片數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，鐮刀型扇葉運轉時比較平穩安靜，但所能產生的風壓也較小；梯形扇葉容易產生較大風壓，但噪音也較大。折緣型是最優秀的設計，在保持低噪音的同時能產生較大的風壓，但目前僅用于AVC自己的產品中。目前見得較多的是鐮刀型的設計。

設計優秀的扇葉，能在不高的風扇轉速下產生輸出較大的風量和風壓，同時也不會產生太大的風噪聲。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，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構，特別涉及在限制圓筒空間中能減小渦流效應的扇葉結構。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），將原來的封閉式側壁改成了百葉窗型的側開口開放式設計，因此進風方式也隨之改變，從單獨的上進風變為上進風與側進風并行。根據空氣動力學的原理，上進風的方式是空氣在旋轉的風扇扇葉的驅使下，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，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，氣流在扇葉旋轉的作用下發生偏移，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和空氣湍流產生的風噪聲。

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過大量的實驗數據所得，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的重要，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，而且灰塵也會進入軸承，從而引起風扇轉速變慢，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劇烈震動。出現這些現象，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，軸承內部的油控直接影響運轉時噪音大小，所以越來越被各知名大廠所摒棄。雙滾珠軸承現在被業界廣泛看好，成為高品質散熱器風扇的首選，運轉穩定性無出其右，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油封軸承的改進。它的轉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。軸承中有數顆微小鋼珠圍繞軸心，當扇頁或軸心轉動時，鋼珠即跟著轉動。因為都是球體，所以摩擦力較小，且不存在漏油的問題。雙滾珠風扇優點是壽命較長，大約在50000 ~100000小時；抗老化性能好，適合轉速較高的風扇。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，轉動部分沒有與外界直接接觸。在密封的環境中，軸承的工作環境比較穩定。因此5000轉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已經將旗下的大部分傳統油封軸承風扇升級到來福軸承。作為傳統油封軸承的改進，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構及零件，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），系知名散熱器及風扇設計制造廠家ADDA的專利產品，同是在傳統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，但精髓同為循環油路系統，各方面的表現也基本相當。通常產品壽命可達50000小時以上。

外磁風扇是唯一能夠較好解決死區問題的軸流風機產。外磁驅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。外磁驅動風扇大大節省了馬達所占據的空間，最大程度上減小了普通軸流風扇中的風力盲區的面積。除了這個，外磁驅動風扇的另一個優點是使風扇扇頁轉動更加平穩，產生較小的噪聲。

 

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，故轉子的重量就固定在運轉的軌道上，利用幾乎是無負載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個轉子懸空，在固定運轉軌道上。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。

磁浮（MS）設計+VAPO汽化軸承

磁浮（MS）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軸承的內層表面也是經過特殊加工的，所以在硬度方面比SLEEVE軸承的要好，而且可以經受起更高的溫度和運轉時的摩擦，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，液壓軸承實質上仍然是一種油封軸承。但這種經過了改進，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點——運行噪音小。

納米軸承

富士康在其產品中首先引入了納米軸承。傳統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，這大大延長了風扇的使用壽命，納米軸承的性質與陶瓷類似，越磨越光滑。據測試，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。