一、風扇分類與結構
原理：風扇的工作原理是按能量轉化來實現的，即：電能→電磁能→機械能→動能。其電路原理一般分為多種形式，采用的電路不同，風扇的性能就會有差異。
二、通常按照氣流分為三類
軸流式：氣流出口方向與軸心方向相同。
離心式：利用離心力作用將氣流沿著葉片向外甩出。
混流式：擁有以上兩種氣流方式。
三、按照驅動分類
AC風扇與DC風扇
AC風扇與DC風扇的區別：前者電源為交流，電源電壓會正負交變，不像DC風扇電源電壓固定，必須依賴電路控制，使兩組線圈輪流工作才能產生不同磁場。AC風扇因電源頻率固定，所以硅鋼片產生的磁極變化速度，由電源頻率決定，頻率越高磁場切換速度越快，理論上轉速會越快，就像直流風扇極數越多轉速越快的原理一樣。不過，頻率也不能太快，太快將造成激活困難。DC風扇穩定性高些，目前電腦散熱全用DC風扇。
四、按照軸承類型分
含油軸承，一般是鐵環套在銅芯上，中間封存油脂。
此類風扇前期噪音比較小，成本低，但壽命短，一般在20000小時內，到了后期由于油脂的消耗，噪音也會慢慢增大，轉速也在降低。
單滾珠軸承，使用zui普通，兩個鐵環中間有一些鋼球或者滾柱，并輔以一些油脂來減少摩擦。它使用壽命長，發熱量小，噪音值會很穩定，而且成本中等。
雙滾珠軸承，屬于比較的軸承，采用滾動摩擦的形式，采用了兩個滾珠軸承，軸承中有數顆微小鋼珠圍繞軸心，當扇葉或軸心轉動時，鋼珠即跟著轉動。雙滾珠軸承的優點是壽命超長，大約在50000—100000小時。抗老化性能好，適合轉速較高的風扇。缺點是制造成本高，并且在同樣的轉速水平下噪音zui大。
含金軸承，該軸承帶有反向螺旋槽及擋有油槽的軸芯，在風扇運轉時含油將形成反向回游，而避免含油流失，提升了軸承壽命。這種設計使得風扇的噪音明顯降低，還能延長使用壽命，只是價格偏高。酷冷的中產品都是使用的這種軸承。
五、按照軸承類型分
磁懸浮軸承，它利用磁力原理使風扇懸空且憑借浮力吸住扇葉成360°定軌圍繞軸心形成穩定旋轉。軸承兩端無任何接物，*避免了摩擦從而延長了其壽命。它不是單獨的磁懸浮技術，通常是磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+氣化軸承，特點是風量偏小，使用受限。特別適用于高速、真空、超靜等特殊環境中。散熱器制造商AVC、ENERMAX制造。
納米陶瓷軸承，軸承核心全面采用特殊的二氧化皓材料，使用沖模及燒結工藝制程，晶體顆粒由過去的60μm下降到了0.3μm，具有堅固、光滑、耐磨等特性。納米軸承的性質與陶瓷類似，越磨越光滑，該軸承壽命更長，效率更高，噪音更少。它由富士康研制，目前僅見于富士康散熱產品中。
液承是AVC*的技術，是在含油軸承的基礎上改進而來的。液承擁有比含油軸承更大的儲油空間，并有*的環回式供油回路。液承風扇的工作噪音有明顯的降低，使用壽命也非常長，可達到40000小時。液承實際上仍然是一種含油軸承。
來福軸承，是在傳統含油軸承的改進，來福軸承采用耐磨材料制成高含油中空軸承，減少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。
氣化軸承，是由磁懸浮技術改進而來的，就是把含油軸承的軸套硬度加強，并且采用特殊的材料，其內層表面特殊加工，這樣就克服了含油軸承不耐高溫的缺點，再和磁懸浮技術配合，就大大延長了使用壽命。
外磁式，風扇的特點就是將電機移動到邊框周圍，中心只以很小的軸承支撐。優點：增大了過風面積和極大地縮小了盲區。據稱這種設計可增加30%的風量和靜壓，并且由于T.M.D技術還將扇葉與導流外環結合為一體，能夠使氣流更加集中且減少，摩擦力小，使用壽命也更長。使用空間局限性強，使用數量也較小。
流體動態軸承 也是在傳統含油軸承基礎上進行多項改進而成，流體動態軸承與液承可謂殊途同歸，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。通常壽命可達50000小時以上
| 軸承類型 | 使用壽命 | 工藝難度 | 制造成本 | 工藝噪音 | 推薦指數 |
| 油封 | 5000-15000 | 低 | zui低 | 低 | 推薦 |
| 單滾珠 | 40000 | 中 | 一般 | 中 | 不推薦 |
| 雙滾珠 | 50000-100000 | 較低 | 較高 | 較高 | 推薦 |
| 液壓 | 50000以上 | 較高 | 較高 | 低 | 不推薦 |
| 來福 | 40000以上 | 較低 | 較低 | 低 | 不推薦 |
| 外磁式 | 50000以上 | 中 | 較高 | 低 | 不推薦 |
| 磁懸浮 | 50000以上 | 高 | 一般 | 很低 | 不推薦 |
| 流體動態 | 50000以上 | 較高 | 較低 | 低 | 不推薦 |
| 納米 | 80000-100000 | 較低 | 較高 | 低 | 不推薦 |
散熱風扇市場主要品牌
德系：EBM
日系：NMB SANYO NIDEC ORIX
臺系：AVC SUNON DELTA ADDA KAKU
國產：深風達 永業昌 九龍
據悉德系的zui貴，約國產同類產品的8到10倍
日系約國產同類產品的4到6倍
臺系約國產同類產品的2到3倍
六、風扇的基本組成
定子部分與轉子部分
定子部分：電機、外框、軸承、扣環
轉子部分：扇葉、軸心、磁環、磁環外框及油圈
七、主要部件的參數與功能
扇葉：
葉片傾角：傾角越大，葉片上下表面間壓力差越大，相同轉速下風壓越大。
葉片數目：風扇的葉片數目多數是7、9、11等奇數，若采用偶數扇葉，很容易使系統發生共振，將使葉片或軸心發生斷裂。
葉片弧度：向著旋轉風向略有彎曲，呈現一定弧度，可保證吹出氣流集中在出風口正前方的柱狀空間內，增加送風距離與風壓。
主軸直徑：由于電機與軸承的存在，軸流風扇主軸所在的中心部分難免存在無氣流通過的盲區，主軸直徑便決定著此盲區的大小。
扇葉平衡：扇葉的物理質心與軸心不在同一軸上，扇葉在運轉時會造成扇葉的不平衡，即震動。
扇框：
扇框可以對扇葉所帶動的氣流進行“約束“，控制其流出風向，抑制反激與散射，令其集中于所希望的送風風向。采用材料與結構需具有一定的強度，可以在一定程度內承受物理沖擊，保護扇葉、電機等較脆弱的組件。
八、風扇主要技術參數指標
功率：功率即風扇單位時間內所消耗的能量（電能），單位為瓦
啟動電壓：指當突然通電后，能夠使風扇啟動的zui小電壓。
轉速：風扇扇葉在單位時間內旋轉的周數，單位一般為RPM，即轉/分鐘性能越強，即風速越快，風量越大，風壓越大；同時，轉速高，摩擦、震動就多，噪音就大軸承等損耗設備的設備的壽命就短。
風量：單位時間內通過風扇出風口（或進風口）截面的空氣體積，單位一般為CFM，即立方英尺每分，或立方米每分。風量=平均風速X過風面積。可見，風扇風量的大小基本取決于風速的高低與過風面積的大小。過風面積相同，風速越高，風量越大；風速相同，過風面積越大，風量越大。實際應用中，標稱的zui大風量值，并不是實際散熱片得到的送風量，風量大，也并不代表通風能力強。因空氣流動時，氣流在其流動路徑會遇上散熱鱗片的阻擾，其阻抗會限制空氣自由流通。即風量增大時，風壓會減少。因此必須有一個*操作工作點，即風扇性能曲線與風阻曲線的交點。在工作點，風扇特性曲線之斜率為zui小，而系統特性曲線之變化率為zui低。
九、風扇主要技術參數指標
風壓：風扇能夠令出風口與入風口間產生的壓強差，單位一般為mm water column，即毫米水柱（類似于衡量大氣壓的毫米gong柱，但由于壓強差較小，一般以水柱為單位）。 風壓主要取決于扇葉的形狀、面積、高度以及轉速，前三者的影響較為復雜，于轉速的關系則簡單直接——轉速越快，風壓越大。
風壓與風量之間關系：風扇產品所說明的風量與風壓均為理想狀態下的zui大值，即風扇入風口與出風口之間無壓強差狀態下的風量（zui大風量），以及風扇向密閉氣室內吹風，直至風量為零狀態下氣室與外界氣壓的差值（zui大靜壓）。它們并非兩個孤立的性能指標，而是互相制約著，之間的關系就是流體力學中流速與壓強間的關系——風量隨著壓強差的增大而減小，風量、風壓的測量需要借助風洞儀進行. 就是風扇的特性曲線
噪音：它主要有三個來源：軸承的摩擦與振動、扇葉的振動、風噪。
通常一般嘈雜大街為90分貝，普通會話為60分貝，深夜、圖書館為30分貝，噪音控制好的風扇應在２７分貝以內為宜，越低越好。
噪音值的單位為dB（A），它通常可用噪音計測量得到。
（風噪：流動的空氣之間互相沖擾，與周圍物體發生摩擦，葉片對氣流的分離作用，周期性送風的脈動力等，都會產生噪音。空氣流速越快，湍流越多，往往風噪也越大，而且會隨著風速的提高呈加速度增大 。）
十、風扇主要技術參數指標
振動：一般采用塑料制作的風扇扇葉具有一定的韌性，可以承受一定程度的物理形變，同樣也會在推動空氣過程中因受力發生振動，但幅度一般較小。
產品壽命期望值L10：指產品發生10%不良時之預期時間，或稱信賴度90%之時間。L10=t1+(t2-t1)*0.1
t1：達不良率值zui短時間
t2：達不良率值zui長時間
不良之定義并無一定之規范，譬如：
(1)可以用一批產品作測試，經2000，3000，5000，10000，18000小時后測試其轉速、消耗電流是否超出規格做為不良之定義。
(2)或以精密測量儀器測量軸心潤滑油料殘余量剩多少為不良之定義。
測試之樣品數越多則數據越可靠，zui少三個。
十一、風扇選型計算
● 當電子設備的熱流密度超過 0.08W/cm2 ，
體積功率密度超過 0.18W/cm3 時，單靠自然
冷卻不能完*它的冷卻問題，需采用強迫
風冷散熱。右下圖為溫升40℃時，各種方式的
體積功率密度 。
十二、風扇選型計算
在選用風扇之前，首先對系統的散熱風量預估，利用熱力
學原理分析系統的散熱，得到如下公式：H = Cp×M×（T2-T1）= Cp×M×△T （1）
其中：H ：排熱量
Cp ：比熱
M ：空氣的質量流率（單位時間內流過的空氣質量）
T2 ：出風口的空氣溫度
T1 ：進風口的空氣溫度
△T ：（T2-T1），稱作溫升
質量流率 M 的定義為：M = p×Q （2）
其中 Q ：空氣的體積流率（風量）
p ：空氣密度
將（2）式代入（1）式運算求 Q，得到下式：
Q = H （3）
Cp ×p×△T
若以常溫常壓下的 Cp 和 p 代入（3）式： 取 Cp =1.0kj/kg℃，p = 1.175kg/m³得到
公制 Q (M³/min) = 49.7×H(KW) ( 4 )英制 Q（C.F.M）= 6160×H(KW) ( 5 )
△T(℉) △T(℃)
根據這兩個公式，將排熱量 H 和溫升△T 代入，便得到所需要的風量。
系統的風阻特性曲線，根據流體力學分析風阻，風壓與風量的關系為：
△P=p KQ n ( 6 )
其中△P 為風壓，假設密度 p 為常數，則( 6 )式可以寫成下式：
△P = KQ n ( 7 )
其中 K 為風阻系數，隨系統而定，N 的值在流場中為層流( LaminarFlow) 時，n=1；流場為紊流時，n=2；一般風扇散熱系統的流場都是紊流，所以得到：
△P = KQ 2 ( 8 )
若畫成風壓與風量的關系圖，其曲線為拋物線，稱作風阻曲線（如下圖所示），由于風壓和風量有這種拋物線形的關系，只要得到一組系統的風壓風量值，便可得到整條的系統風阻曲線。
靜壓損失的計算
風機向機箱內吹風或抽風，氣流通過不同的狹窄風道產生摩擦力和靜壓損失，使風壓降低、風速減小。靜壓損失分為沿程壓力損失和局部壓力損失，一般地，可根據風道的形狀做出估算。通常將靜壓損失數稱為速度頭。
Pi=α(Vi/1277)2
其中，Pi--靜壓損失（或速度頭），厘米水柱； α--為一系數，按空氣流經不同的風道估算，見下表；Vi--風速，cm/s。風速Vi 由下式確定：
Vi=Q/Ai
其中，Q--風量，cm3/s；Ai--風道的截面積，cm2。
風扇的選型時必須要考慮到沿程靜壓損失。
系統的風阻特性曲線，根據流體力學分析風阻，風壓與風量的關系為：
△P=p KQ n ( 6 )
其中△P 為風壓，假設密度 p 為常數，則( 6 )式可以寫成下式：
△P = KQ n ( 7 )
其中 K 為風阻系數，隨系統而定，N 的值在流場中為層流( LaminarFlow) 時，n=1；流場為紊流時，n=2；一般風扇散熱系統的流場都是紊流，所以得到：
△P = KQ 2 ( 8 )
若畫成風壓與風量的關系圖，其曲線為拋物線，稱作風阻曲線（如下圖所示），由于風壓和風量有這種拋物線形的關系，只要得到一組系統的風壓風量值，便可得到整條的系統風阻曲線。
系統設計的重點
氣流方式：散熱風扇的使用有吹氣式和抽氣式兩種，其優劣比較如下：
◆ 防塵的比較：使用吹氣式便利在入口裝設防塵綱阻絕灰塵進入系統，又由于系統內部處于較高氣壓下，系統所有缺口風都會向外吹，同樣起到防塵作用。
◆ 散熱的比較：吹氣式風扇將風扇的熱量帶進系統，抽氣式則將風扇所有的熱量送到外界。
◆ 操作溫度的比較：吹氣式風扇在較低溫度下操作，所以能有較長的壽命，抽氣式風扇的操作溫度高，壽命相對短。
十二、系統設計的重點
◆ 氣流比較：風扇在氣流吸入部份是平均吸入，而吸出的氣流則較集中，使用吹氣式便利設計者選擇重點散熱區域加強吹氣。
干擾問題
直流風扇在運轉時由于電流的切換以及線圈電感的影響，將會產生傳導性 EMI，設計者必須注意到是否會與共同電源的線路發生干擾。如果風扇在嚴重 EMI的環境下運轉，就要考慮一些敏感零件受到幅射 EMI干擾的可能性，另外，*磁鐵與線圈可能會有少量磁場外溢，即所謂的 UMF，如果剛好靠近一些敏感電路或是 CRT，可能就會對系統造成干擾，提供良好的UMF 遮蔽外殼是風扇制造廠商的責任，但是從使用者的角度，替風扇選取適當的位置是減少干擾的有效做法。
十三、降低系統噪音的原則
◆ 減少風阻，以免需要更大更快的風扇來達成散熱目 的。
◆ 減少流場干擾，以降低紊流產生的噪音
◆ 在相同的風量需求之下，盡量選用尺寸大而轉速小的風扇。
◆ 使用柔軟且富有彈性的材料為風扇和系統做振動隔離，避免振動發出噪音。
十四、零件的排列重點
為得到較佳的散熱效果，下列重點提供使用或設計者參考。
◆ 對溫度較敏感的零件應該靠近入風口，以保持較低的操作溫度。
◆ 將大型的熱源靠近出風口，以免增加其它零組件的工作溫度。
●系統設計的重點
◆ 減少風道的障礙，以免降低了風量，浪費風扇的功率，尤其在出口及入口是風道zui窄的位置，應該預留足夠的風道空間。
◆ 如果有區域性的高熱源，不妨多加一個小型風扇作局部冷卻。
A曲線高風阻 C曲線低風阻
●風扇特性曲線操作點介紹
性能曲線和風阻曲線的交點稱作“操作點”，操作點的意義便是風扇裝在系統上時所產生的風壓風量。 操作點的風量越大，
自然有較優的散熱效果，但是還需考
慮噪音、空間、功率、成本等因素才能
得到一個*的設計。通常在斜率較平坦
的這一段區域內是風扇的*使用區域，
在此區域內，風扇的實際壽命與理論使用
壽命相近（溫度環境較好的情況下）。
我們在設計一個燈具時，其系統阻抗是無
法預知的，只能通過熱流體力學軟件如
Flotherm、fluent、EFD等仿真軟件模擬分析或者通過風洞測試儀測試出來。
目前存在的關鍵問題點：系統阻抗的確定
● 鎖定保護驗證
主要效應為風扇不燒毀，結構不失效；失效模式式為風扇不轉，結構變形等。
◆ 將風扇在額定電壓下鎖定轉子，不讓其風扇運轉來檢驗風扇定子的安全設置性能好壞。安規鎖定時間為 72 小時，若72 小時過后將鎖定取消，風扇還能正常工作運轉，同時電氣性能正常。
●反向保護驗證
主要效應為風扇不燒毀，風扇反向電動式不回路；失效模式為風扇不轉，有反向電動回路。
◆將風扇正負極電源線與供電器電源正負極反接在額定電壓下測試 72 小時，風扇不能有燒毀不轉，同時反向電流值為零 mA。
◆正確反向保護方式為在風扇電源正加二極體，其作用 為：
A)反向接線時電壓電流*截止，不會造成風扇燒毀。
B)風扇運轉中定子線圈會因切換電極時產生反向電動式，若沒有反向保護易造成該電動式電壓引起設備（特別是精密性設備和儀器）不穩定等異常。
●抗濕度驗證
主要效應為零件焊接及抗氧化性；失效模式為電性短路/斷路，風扇不轉、時轉時不轉或轉速不穩定。
◆因風扇長期在使用環境中面臨不同溫濕度，濕度大小將會影響電子零件的焊接效果，以zui短有效的方法測試為將風扇置于水中通電能正常運轉 12 小時（這為破壞性實驗）。
● 材料防火等級驗證
主要效應為扇葉、外框的防火性；失效模式為防火等級不相符（為確保風扇產品在使用過程中安全，不因風扇產品選用材料不當而導致在高溫條件下引起熱變形及燃燒導常）。
◆ UL 94HB 可燃性標準
一個距 20mm 高藍色本生燈（酒精燈）火焰燃燒被測物本體(固定一端)30 秒鐘后移開。在火焰移開后被測體繼續燃燒，熔化物滴下來的火焰分子掉落距被測物下端 300mm處干燥的棉花層引起點燃。
◆ UL 94V-O，V-1，V-2 可燃性標準
一個距 20mm 高藍色本生燈（酒精燈）火焰燃燒被測物本體(固定一端)10 秒鐘后移開。假如被測物在 30 秒之內停止燃燒，則本生燈再次燃燒原處 10 秒鐘。假如待測物熔化物滴下來的火焰分子掉落距被測物下端 300mm 處干燥的棉花層。
A)V-O 要求：
A-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 10 秒鐘熄滅
A-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續不超過30 秒鐘熄滅
A-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層不會被點燃
B)V-1 要求：
B-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 30 秒鐘熄滅
B-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續不超過60 秒鐘熄滅
● 材料防火等級驗證
B-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層不會被點燃
C)V-2 要求：
C-1) 被測物火焰點燃 10 秒鐘后移開，被測物被點燃不超過 30 秒鐘熄滅
C-2) 被測物二次點燃移開，待測物被點燃持續不超過60 秒鐘熄滅
C-3) 被測物點燃滴下來的火焰分子掉落距被測物下端300mm 處的干燥棉花層會被點燃
●低溫性能驗證
主要效應為油品粘度增加或凝固，材料硬 化、脆化及收縮；失效模式為風扇不轉，材料裂損等。
◆ 將風扇置于-20℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和 不通電兩種方式測試 168 小時，通電風扇正常運轉，不通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉。
●高溫性能驗證
主要效應為結構變化，油品粘度降低蒸發； 失效模式為結構失效，改變特性，潤滑失效等。
◆ 將風扇置于 75℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和 不通電兩種方式測試 500 小時，通電風扇正常運轉，不 通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉。
● 高低溫循環（冷熱沖擊）驗證
主要效應為檢驗風扇產品 在兩溫度間快速變化材料異常及電子性能異常；失效模式
為外框/扇葉脆裂，零件焊點脫落等引起風扇不正常工作。
◆ 將風扇置于-10℃±2℃至 65℃±2℃密閉空室里通電（額定電壓）和不通電兩種方式測試（一個周期為 12 小 時，共 10 個周期），10 個周期通電風扇正常運轉，不 通電風扇取出后額定電壓通電測試能正常運轉。
