节能超30%，噪音降10分贝！磁悬浮风扇如何重塑散热新格局
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本期给大家带来的是关于磁悬浮风扇的研究内容，希望对大家有帮助。
电子行业的持续趋势是众所周知的：增加功耗，同时减少设备尺寸。电子器件功率密度的增加影响了依赖自然对流散热的被动散热器的性能。
强制对流电子学的流行出现在几乎所有的应用中，从工业远程办公到消费市场。
风扇冷却的使用使电子产品市场显著增加了可以冷却的实际功率密度。它允许在不断缩小的封装中使用更高性能的处理器和更强大、更多的组件。
然而，风扇冷却的使用并非没有缺点，其中最突出的是使用寿命缩减和噪音增加。
尽管在过去的50年里，电子设备能力取得了巨大的进步，但处理器仍然被采用轴承技术的风扇冷却——这种方法在过去的一个世纪里几乎没有改变。
现代轴向风扇采用套筒或滚珠轴承设计，以提供快速旋转所需的大量冷却气流。
这种机械轴承是电子应用中故障的主要来源，通常是MTBF额定值的限制因素。
可靠性、稳定性、成本排序：双滚珠轴承＞单滚珠轴承＞含油轴承。
某厂家对这种风扇轴承布置进行了一种新的改进。
据说减少了风扇的两个常见缺点：摩擦和噪音。
结构与工作原理
如图1所示，磁悬浮风扇具有一个安装在风扇PCB上的磁性板，这有助于吸引叶轮转子到轴的终点。
磁悬浮马达风扇结构
图1.磁悬浮风扇的横断面视图
磁悬浮马达风扇主要包括：主件连接封卡定位结构、轴心、轴承、主件连接封卡定位结构、悬浮片。
主动式磁悬浮轴承工作原理（图来源于网络）
磁悬浮风扇原理如下：“转子的重量完全被磁力中和，使轴能够在不受重力影响的情况下转动。这样，在轴承和轴之间自然保持恒定的距离，造成两个表面之间没有任何接触。”
利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，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，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上。
磁悬浮风扇的基石，主要分为两种实现方式：
主动磁悬浮轴承：这是一个复杂的闭环系统。它通过位移传感器实时监测转子的位置，将数据传送给控制器。控制器计算后发出指令，功率放大器驱动电磁铁产生精确调整的磁力，使转子始终稳定悬浮在中心位置。这种方式控制精度高，动态稳定性好，但系统复杂，成本较高。
被动磁悬浮轴承：主要利用永磁体之间同性磁极相互排斥的原理，使转子自然悬浮。这种结构简单、成本较低，无需复杂的控制系统，但稳定性和对干扰的抵抗能力通常不如主动式。
其智能控制系统能实时补偿因转速变化、气流冲击等引起的外部干扰。例如，当风扇转速升高，叶轮受到的气流反作用力增大时，控制系统会迅速调整磁力，确保转子姿态稳定。
与传统风扇性能对比
与传统的滚珠轴承、含油轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，即使倾斜也能正常运作，不会因为角度倾斜而磨损，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。
因此，当风扇运行时，高度平衡的转子组件在一致的轨道上以近乎完美的圆周运动旋转。转子轴的旋转中心是轴和轴承总成的真实中心线。
在实践中，需要进行几个实验，以确定轴向风扇提供了比套筒或滚珠轴承设计的改进。可测量的特性将量化为改进，包括减少摩擦，减少振动和增加寿命。
为了比较轴承的摩擦力，测量了标准风扇和磁悬浮风扇轴承的温度。一般来说，较低的轴承摩擦会运行冷却，因为较少的机械能转化为余热。
如表1所示，磁悬浮风扇在稳态运行时温度较低。在环境温度为50°C下，标准轴承的温度为71.2℃，而磁轴承只有59.7°C。这表明，MagLev风扇原理使风扇在更稳定的轨道上旋转，轴承表面的载荷更小。
表1.磁悬浮与标准风机的轴承温度比较
较低的轴承力也允许在磁悬浮风扇中使用Vapo轴承。这种类型的轴承不需要使用典型风扇中的油圈和聚酯薄膜垫圈，这进一步减少了轴承内的摩擦。
图3.运行中标准风机和磁悬浮风机的振动情况
图3比较了标准轴承和磁轴承。磁悬浮风扇在旋转过程中可以清楚地看到增强的稳定性和降低的振动。
这种稳定性有助于减少轴承侧负载和不均匀磨损，它还降低了风扇的噪音。
然而，轴承重新设计的主要目标是解决强制对流冷却系统的主要问题——风扇的可靠性和使用寿命。
图4显示了不同轴承类型在不同环境温度下的使用寿命。磁悬浮风扇比所有其他类型的风扇轴承具有明显的优势，并提高了强制对流系统的预期可靠性。
图4.典型轴承类型的风机寿命比较
磁悬浮风扇的优点很多，包括高度效能、极速启停、静音运行、节能环保、可靠稳定。
磁悬浮风机采用磁悬浮技术，完全消除了传统风机的摩擦和机械损耗。不仅减少了能耗和摩擦噪音，还大大延长了风机的使用寿命。
在高速和低速之间切换更加平稳，可以快速响应各种工况需求。
磁悬浮风机在高效性能的基础上，通过采用直流无刷电机，进一步提高了能效。相较于传统风机，磁悬浮风机可节省多达30%的能源消耗。
磁悬浮风机采用了先进的控制系统，能够实时监测和调整风机运行状态。
磁悬浮风扇的缺点也很明显，包括高成本、低风量低风压场景不适用、以及非专业人员难以维修。
磁悬浮风扇采用特殊的磁悬浮设计，具有无摩擦、无振动、无需保养和节能降耗等优势，但这也导致了其前期投入成本较高
传统的风扇或鼓风机主机和控制柜是分开的，且多为机械结构，维修相对容易。
综上所述，虽然磁悬浮风扇具有许多优点，如无机械磨损、节能等，但其高成本、特定场景下的不适用性以及维修难度，都是我们在购买时需要权衡的因素。
磁悬浮风扇应用
现在已经广泛运用于计算机、机箱机柜、舞台灯光、安防、大型游戏设备、制冷环保设备、不间断电源UPS、医疗器械、工控设备、LED各类产品散热解决方案。
游戏台式机磁悬浮风扇
磁悬浮风扇
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