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散热风扇在高温环境下工作要进行哪些设计?

时间:2024-11-18   访问量:35

在一些特殊的场景中,如汽车的 LED 前照灯、舞台灯以及消防机器人所处的环境,直流散热风扇常常要在极高的温度下持续工作。这是因为这些设备长时间运行会产生大量热量,对散热风扇提出了严峻的挑战。

散热风扇的基本知识

1. 风扇的尺寸


一般用风扇外边长和产品厚度尺寸来表示,单位为毫米。这就像是给风扇的 “身材” 做了一个精确的丈量,方便用户和厂家识别。

2. 额定电压


这是风扇在额定运行状态下的电压值。常见的直流风扇电压多为 5V、12V、24V、48V 等规格。这些不同的电压规格如同不同的能量等级,适配于各种不同的设备。据行业数据显示,不同电压规格的风扇在市场上的占有率呈现出一定的分布规律,其中 12V 和 24V 的风扇应用场景更为广泛。

3. 风扇转速


风扇转速是指风扇转动的快慢程度,单位是 rpm(转每分),这是衡量风扇性能的重要参数。转速越高,风量越大。

4. 风量


这是衡量风扇能力的量化指标,单位为立方英尺每分 (CFM),不过有些地方标识单位为立方米每分 (CMM),且 1CMM = 35.31CFM。风量大小直接关系到散热效果。

5. 风压


风压标志着风流量克服风阻的能力,单位为 mm - H2O,有些地方标识单位为 inH2O,1mmH2O = 0.03939inH2O。该指标对通风换气或散热效果有着直接影响,就像在一些风阻较大的复杂散热通道环境中,足够的风压才能确保热量顺利排出。

6. 噪音值


噪音值虽然与通风散热效果无关,但在不同的使用环境中却至关重要,单位是 dBA(分贝)。

7. 轴承系统


这是风扇的关键部件,直接关系到产品的机械寿命。常分为滚珠轴承和含油轴承。滚珠轴承以其高承载能力和较长的使用寿命在一些对稳定性要求高的设备中广泛应用;而含油轴承则具有成本低、运行噪音小等特点,适用于对噪音敏感的环境。相关实验数据表明,滚珠轴承在正常使用条件下的寿命可达 70000 小时,而含油轴承的寿命约为 50000 小时。

8. 接头


接头是容易被忽视的重要细节部件,常分为无端、2P、3P、大 4P 等正向与反向。不同的接头类型适用于不同的电路连接方式,正确选择接头能确保风扇稳定运行。

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散热风扇在高温环境下工作要进行哪些设计?


一般传统的散热风扇,工作温度范围在 - 10℃到 70℃。当环境温度高于 70℃时,普通产品就无法满足需求,需要专门设计。

1. 电路部分


在高温环境下,电路部分应采用耐高温驱动 IC、耐高温外围电子元器件(电阻、电容、二极管等)和可靠的驱动电路规划。因为在高温下,电子元器件的性能会受到极大影响。而耐高温电阻在高温环境下能保持更稳定的性能。这使得机身在高温下对可靠性有更高的要求。

2. 磁路部分


磁路部分规划应采用耐热性更好的永磁体,如烧结铁氧体。传统的橡胶磁体在极端高温环境下可能产生机械变形,不适用于耐高温风扇。价格较高的钕铁硼强磁体在 85℃以上的环境中有明显的退磁性,也不适合。而烧结铁氧体永磁体在高温下能保持较好的磁性。同时,励磁线圈如果采用耐温等级较高(漆包线耐温等级至少为 180 度)的材料,更适合制造散热风扇。

3. 轴承部分


轴承部分的规划设计十分关键。若要耐高温并保持使用寿命,双滚珠轴承结构是不错的选择,且必须使用耐高温滚珠轴承,因为一般轴承无法承受高温。不过,双滚珠轴承随着使用时间延长,噪音会逐渐增加。例如在汽车 LED 前照灯下,一旦尖锐的滚珠冲突噪声传入驾驶舱,驾乘体验会大打折扣。在这种情况下,耐高温、静音效果更好的含油轴承更为合适。虽然含油轴承使用寿命不如滚珠轴承,但它的耐热性和静音性能出色。含油轴承在高温环境下使用寿命短主要是因为润滑油在高温中的蒸发和损失。但如果对含油轴承做好规划设计,使其在高温环境下能正常工作,相信会成为多数人的首选。

4. 电机结构


优良的电机结构设计能快速实现耐热性,例如采用无铁芯的空心线圈结构,可降低电机本身的功率,使电机更稳定可靠。这种结构设计依据电磁学原理,能有效减少电机在高温下的能量损耗,提高电机效率。

5. 壳体扇叶与线束


壳体扇叶应采用耐高温材料,线束电线也应具备充足的耐高温特性。这些耐高温材料的选用,依据材料科学的研究成果,能够在高温下保持良好的物理和化学性能,确保风扇整体的稳定性和安全性。


一个可靠稳定的耐热散热风扇并不容易设计和生产,需要其能在 - 40℃~125℃的工作环境中无故障运行,所以散热风扇的定制,要找有实力的厂家才有保障。


散热风扇运行中的注意事项有哪些?

1. 安全第一


不管散热风扇在运行时还是怠速时,都严禁用手去停止或拨动扇叶。这不仅是基于安全考虑,更是因为无论是运行还是怠速状态,风扇都可能将人的手卷进去,造成严重伤害。

2. 防止异物进入


无论散热风扇是刚采购回来还是已经安装到设备里面,都要避免粉尘、水滴等渗入。一旦有粉尘、水滴、异物金属等进入壳体,将会直接影响散热风扇的使用寿命,甚至可能导致短路。

3. 含油轴承的特殊保养


使用含油轴承的散热风扇长时间不使用会影响其冷却性能,最好不要空置五个月以上。这就如同汽车长时间不运转,机油会变质,润滑效果降低一样。

4. 注意机壳共振或振动


在安装散热风扇时要注意机壳共振或者振动问题,因为这会产生不同程度的噪音。根据声学原理,共振会放大声音,严重影响使用环境。在一些对噪音敏感的场所,如实验室、录音棚等,即使是轻微的共振噪音也可能干扰正常工作。

5. 保护电源线


散热风扇的电源线不要随意乱拉乱拔,否则很容易导致轴心与电源线损坏,造成偏移和不稳。电源线损坏是散热风扇常见故障之一。

6. 避免扇叶锁死


当散热风扇在运行时,不要将散热风扇扇叶锁死时间过长,否则会产生高热,直接烧毁风扇。从热力学原理来看,扇叶锁死会使电机电能无法转化为机械能,全部转化为热能,导致温度急剧上升。

7. 小心搬运


在散热风扇搬运过程中一定要小心仔细,摔坏或磕碰都会直接影响散热性能。因为这可能会导致风扇内部结构损坏,如扇叶变形、轴承移位等,从而降低散热效率。

8. 因地制宜选择风扇


在高温环境下使用普通散热风扇会使其变形。不同的环境需要使用不同类型的散热风扇,如高温环境要用耐高温且散热效果好的;可能沾水的工作环境就要使用防水的散热风扇。


总结:散热风扇的注意事项涉及购买、安装、使用、保养、维修等多个方面,这一切都是为了确保在使用散热风扇时能避免差错,让散热风扇保持高效的运转状态,为设备的稳定运行保驾护航。


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