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标题: [转贴] CPU风扇结构
bika
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发表于 2008-8-25 16:36 资料 短消息 加为好友 添加 bika 为MSN好友 通过MSN和 bika 交谈
CPU风扇结构

CPU的风冷散热器时代是从486时代开始的,发展至今,AMD的雷鸟系列已经将它推向了有史以来的最高峰,特别是AMD的Athlon 1G以上的CPU,就像一头猛牛,非得有个强大的散热器才能将它制服,而散热片的大小和重量有限,除了它,就要靠CPU风扇将其热量带走了,而CPU风扇受其大小的限制,不能象一般的风扇那样可以随便通过改变大小等因素来改变其风量,所以技术含量也比较高一点,今天将为大家介绍几种不同结构的风扇。
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7i1|.W;Q9[7V;Q3K$|9VTechWeb-技术社区含油液压风扇!C6g&b"Q1F l
含油液压风扇是最传统的风扇,其设计如上图所示,是风扇叶(简称转子)借其轴芯穿越含油轴承,称为SLEEVE承轴。驱接固定在马达定子的中心位置,马达的定子结构部分简称定子,使转子与定子之间保持着一定的空隙,当然是不可能没有这空隙的,如果没有就会使马达卡死而无法运转了。马达的定子在通电之后,就会产生磁感应线,然后在通过两旁的磁铁产生感应力,再而驱使马达转动带动风扇叶运转,从而形成气流。
1_.W$\/j#E)j9c)k,G这种传统的液压风扇的结构是非常简单的,转子与定子产生磁感应线,与轴芯长度伸出的方向成垂直,从而驱使马达转动,但又没有其它辅助条件来承担整个扇叶转子的重量,所以整个扇叶的重量就全部落在了轴芯与轴承的接触面上,所以转子会往定子周围任何一弧面偏移是必然的,因此马达转动时转子会有偏心甩晃旋转的现象,特别是磁感应线的中间段最为严重。但传统的液压风扇也并非什么都不考虑,也利用了磁感应线设计转子与定子些许定位差造成吸力,用轴芯末端来顶撑来造成转子挺起悬空,但作用还是不大,转子在运转的时候,还是会产生偏向转动,形成转子偏重下垂,偏向摩擦旋转,特别是在现在流行的立式机箱里,风扇都是打直固定的,长期在这种情况下运转,原来接近真圆的轴承内径,很快就会变成椭圆形,且内径表面也很快会被磨损,从而形成不规则的表面,摩擦系数上升,噪音也就因此而产生了。
7]+l4Z,h/} d.Stech.techweb.com.cn对付这种情况,传统的液压风扇使用这种设计:
W:C1v8?0k2Q1[9t;M1G,f!~在轴承的两端,均设计有油圈,并粘上了润滑油来减少运转时的噪音和摩擦。但这样也会使运转时产生的高温气体(未固化前),且无法排除掉,而被轴承两端的油圈和麦啦拦截下来形成固态的氮化物,塞住了轴芯与轴承之间的空隙,从而致使整个马达运转时不流畅,产生更大的噪音。因此这种传统的液压风扇的寿命都大概在一年左右,而且最好是半年左右自己动手加一次油。
2U(Y8X)k%~&O [7Ctech.techweb.com.cn但它也有优点,在价格方面是其最大的优势,而且也比较耐外力的撞击,搬运时损坏比较少。
"[:B:F"{)p)x*S;G$L;e由于种种缺点,液压风扇已经开始在市面上消失了。#R7j$o8_%x)s7c2_
滚珠承轴风扇8H8O:u-c/p+L!W9g7p0d

如图所示,滚珠承轴风扇最大的特点就是在其轴芯的两边加上了数个金属珠运转,由于使用了圆金属珠运转,属于点的接触,所以启动时运转比较容易,而且可以上到很高的速度,象现在的台达风扇就可以上到了7000转左右。8o9Y$U#F2o
由于滚珠是配合弹簧一起使用的,弹簧顶撑在两个金属珠环的中间位置,故是整个风扇叶转子的重量都落在了滚珠承轴上,而且由弹簧间接顶撑着,所以可以使用于任意方向、角度上的产品。所以其寿命一般都比较长,当然如果没有激烈撞击的情况下。这里就是专对液压风扇的缺点而设计的。
;s,s7Z)g0N6E#vtech.techweb.com.cn但要做到这样,组配的零件就会多很多,如油圈、华司、弹簧等;组装不容易,而且不易自动化生产,产品质量比较难控制,且运输方面没有液压风扇容易,耐外力撞击没那么强,所以价钱方面会比液压的贵很多。
-w%x!@-{/i另外,滚珠承轴还具有两大类,一类是铜套承轴,另一类是滚珠培林。一般的CPU风扇都是使用铜套承轴的,这种方案的价钱比较便宜,而且寿命也比较长;另一种滚珠陪林的价钱就比较贵,而且精密度也比较高,一般都可以长期使用,而且可以耐高温环境和特定安装方位,不过一般不使用在CPU散热器上,原因是它一般只有厚度2mm、直径4mm,属于高端产品。
!W%h#m$`5c0F$V"d磁浮(MS)风扇:6R1?9b!?'_;j1D9^

磁浮(MS)设计+VAPO轴承结构与传统马达SLEEVE轴承结构对比
8G6\5|(m-C程序开发,操作系统,服务器,源码下载,Linux,Unix,BSD,PHP,Apach,asp,下载,源码,黑客,安全,技术社区,技术论坛磁浮风扇是最新的CPU风扇,表面看起来与液压风扇相差不大,但仔细一看,就发现磁浮风扇的马达有磁浮(MS)设计,其磁感应线与磁浮线成垂直,故轴芯与磁浮线是平行的,故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,形成整个转子悬空,在固定运转轨道上。因此,磁浮(Magnetic System:MS)事实上只是一种辅助功能,具体的还有配合之前的设计,现有的磁浮设计有与VAPO汽化轴承、BALL滚珠轴承、及SLEEVE含油轴承。
/{/@:C!O0r6@8r6D3ZTechWeb-技术社区磁浮(MS)设计+VAPO汽化轴承程序开发,操作系统,服务器,源码下载,Linux,Unix,BSD,PHP,Apach,asp,下载,源码,黑客,安全,技术社区,技术论坛,c&]*[!G6@5| U
磁浮(MS)设计+SLEEVE含油轴承(X$`2e*|;\5]0_1U)H
VAPO轴承与SLEEVE轴承的不同点在与材料方面,VAPO是采用特殊的材料,不同与一般的SLEEVE材料,同时VAPO轴承的内层表面也是经过特殊加工的,所以在硬度方面比SLEEVE轴承的要好,而且可以经受起更高的温度和运转时的摩擦,一般都可以运行在70℃以上。而一般的SLEEVE配合磁浮设计也是可以延长其寿命的,但就没有其他的两个强了。
.B-f'v'|8m;f1k程序开发,操作系统,服务器,源码下载,Linux,Unix,BSD,PHP,Apach,asp,下载,源码,黑客,安全,技术社区,技术论坛前面提到,液压风扇是用润滑油来减少运转时的噪音和摩擦的,但却无法排除运转时产生的高温气体(未固化前),造成堵塞轴芯与轴承之间的空隙,从而减少了其寿命,但磁浮风扇就不会有这个问题产生了,如上图所示,磁浮风扇的轴承两端有有无任何接触物的空间A和B。在轴芯与轴承运转时摩擦时所产生的汽化物(未固化前)能有A、B两端的空间排除,不会再有氮化物产生堵塞的问题,从而延长了其寿命。不过重点还是在顶芯盖的使用了,使用它就可以形成VAPO轴承两端之间无油圈、华司的存在,因此摩擦面积就小了很多,所以噪音方面,它有绝对的优势。而且有这个顶芯力的存在,使得风扇马达不管在任何方向都可以固定在不变的轨道上运转。而且整个转子都被均匀的吸附在VAPO轴承上,再借由磁浮线负载整个风扇叶的重量,使得轴芯固定在正中心位置,马达通电转动时,轴芯基本上只会与空气摩擦,而非周围的磁铁,所以寿命就长得多了,与空气摩擦可以说是最小的摩擦了,因此噪音是它的绝对优势。
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磁浮(MS)设计+BALL滚珠轴承与传统马达BALL轴承结构的对比0H#A'J:}(?6[2z3G6F"]
从上图大家可以看到,其实磁浮(MS)马达设计+BALL轴承结构也传统马达BALL轴承结构也是很相似的,最为不同的就是少了一条弹簧。之所以可以少是因为轴芯与磁浮线成平行关系,所以整个风扇叶转子的重量就被吸附在磁浮片上,借由轴芯支撑驱接在滚珠轴承的内径中,因而形成了一个定运轨道。使整个风扇叶的转子吸附在轴芯长度伸出的方向,成固定轨道、定轨道旋转。而相对比较脆弱的BALL轴承(滚珠轴承)则借着磁浮线而被风扇叶转子与铜套夹持在固定的空间内,从而受到保护,因此少了一条弹簧,从而使设计和组装更容易。不过就噪音方面,由于使用了BALL轴承,所以运转时BALL与BALL之间的摩擦还是少不了的,因此噪音不能和磁浮+VAPO轴承的相比较。
!f N$l)\-S'F2|"g实际使用:
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这款SUNON风扇是暂时市面上可以见到的唯一可以看到的磁浮风扇,有兴趣的朋友可以去太平洋一期3楼看看。在上图中大家可以看到,磁浮风扇的外表和一般风扇差别不大,中间白带部分的Magnetic Levitation System就是磁浮的英文,大家可要仔细看了,不然很容易和其他的混乱的,因为SUNON同时也是有滚珠系列的风扇的。另外,仔细的朋友可能还会发现,就以这款磁浮风扇来说,它的马达,也就是中间的半径要比同等大小的滚珠系列风扇要小一点,而风力却毫不逊色,这就是磁浮+VAPO轴承所带来的成效了。少了中间部分的滚珠,就少了一部分的体积,还减少了最令人反感的噪音。而且据SUNON的官方网站说,所有的SUNON的磁浮风扇都是经过风洞测试的,这也是比较少见的,一般都是只有飞机和汽车这累大东东才有资格接受这种高级的测试的。而SUNON的这款风扇也实际上做得挺不错的,风扇叶明显比其它牌子的要光滑,材料也用的比较好。TechWeb-技术社区-w0~ @:q1h0J/_
好的风扇当然需要好的对手进行对比,在现有的同等大小的滚珠风扇中,台达可以说是最强的风扇,其0.48A的能力绝对不可以小看,不过由于其功率太大,并且是滚珠系列的,所以噪音方面是没办法比较的,暴力王也就是因此也来的。另外有一点要注意,由于下面的规格是官方网站所给的,所以两个牌子的测试并非用同一个方法的,所以所给的噪音不能成为真正的比较,但由于噪音测试比较专业化,而且很容易受干扰,这里将没有这个项目的比较。tech.techweb.com.cn0h-x(f(g:f;_ W
两个风扇的规格:,J0c2w4`9N&}5u
体积:60*60*25
7e!f+U3d%w2s;g5p,] UTechWeb-技术社区功率:
6L5\9j'V+L/@SUNON 2.3W 台达 4.8W-`:d9r0V c(k0W9s4s
噪音:tech.techweb.com.cn,[9f*b1W8I%R
SUNON 38dba 台达 46.5dba#Y7`/K7T-j$|0w1w)m
转速:TechWeb-技术社区$l(z5M/]/t!s&S
SUNON 5200 台达 7000&W6L9q/R/_:C
散热效果测试:程序开发,操作系统,服务器,源码下载,Linux,Unix,BSD,PHP,Apach,asp,下载,源码,黑客,安全,技术社区,技术论坛)F l;{,b3A6|4G;h
测试平台:tech.techweb.com.cn&t#S!T'e!r6w'g
CPU:Athlon 1.4G
R$Z+A k'H%O.etech.techweb.com.cn主板:技嘉 KT266
3d)S;S5_8])X*W散热器:Thermo Engline(台湾魔力)
0L X;n6I/V系统:WIN 98SE
6~0f&q ?#h加热软件:sisoft 2001 Burn-in WizardTechWeb-技术社区 ^-m;[.u.~3J

小结:
1R/l'U4b&j%n1M*V'N!_#A磁浮风扇虽然技术含量高,而且实际使用也不错,但可能有些技术不成熟,在风力方面没能和技术比较成熟的滚珠风扇比较,而且昂贵的价钱也让人难接受,如上面的那个SUNON风扇就要70块钱,实在是难以高攀的。不过如果是那些喜欢超频率,又受不了那么大噪音的朋友就可以试试了,因为它的噪音方面实在是控制得很好,听到的几乎是只有风扇叶与空气摩擦的声音,而且与台达的0.48A风扇相差只有1℃。而液压的风扇,鉴于技术太落后,且快退出市场,最好还是不要买。

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