Le ventilateur est familier à tous. Les ordinateurs, les distributeurs d'eau, les réfrigérateurs, les climatiseurs, les purificateurs d'air, les automobiles, etc. en auront un à l'intérieur, et c'est un dispositif de refroidissement populaire dans de nombreuses industries. Que savez-vous des bases des ventilateurs ? Quelle est sa structure, son principe de fonctionnement ou les performances des différents types de ventilateurs ?

1. Structure du ventilateur

Le processus de rotation du ventilateur est un processus dans lequel le champ électromagnétique rotatif généré par l'électrification de la bobine du stator et l'anneau magnétique permanent pressé dans la pale du ventilateur se repoussent. Le ventilateur est principalement composé de quatre parties : le rotor, le stator, le moteur et le cadre extérieur.

1.1 Composition du moteur CC sans balais

Il se compose d'un rotor à aimant permanent, d'un stator à enroulement multipolaire, d'un capteur de position et d'un circuit de commande de commutation électronique.

1.2 Composition du rotor

Il est composé d'un boîtier de moteur + d'un anneau magnétique + d'un noyau d'arbre + de pales de ventilateur. Parmi eux, les pales de ventilateur sont utilisées pour créer un flux d'air, et le noyau d'arbre sert à soutenir et à équilibrer la rotation des pales de ventilateur.

Un anneau magnétique est un objet avec un magnétisme résiduel. Après avoir été magnétisé par un champ magnétique puissant, l'objet conserve toujours des propriétés magnétiques lorsqu'il n'y a pas d'excitation de champ magnétique externe, c'est-à-dire que les pôles semblables se repoussent et les pôles différents s'attirent. Le cadre extérieur de l'anneau magnétique (le boîtier du moteur) est utilisé pour fixer l'anneau magnétique.

1.3 Partie stator

Le stator est composé de fil émaillé + de tôle d'acier au silicium revêtue de plastique + de roulement + de détection par capteur Hall + de carte de circuit de commande + de roulement. Le rôle du roulement est d'augmenter la vitesse, de réduire la friction et de garantir que le ventilateur peut fonctionner pendant longtemps. Le ressort de maintien est utilisé pour séparer le roulement de l'arbre d'équilibrage. L'anneau de retenue est utilisé pour fixer toute la partie rotative.

1.4 Cadre extérieur

La partie cadre extérieur du ventilateur a principalement pour fonction de soutenir et de guider le flux d'air.

2. Comment fonctionne le ventilateur

Selon la règle de la main droite d'Ampère, lorsqu'un courant traverse un conducteur, un champ magnétique est généré autour de celui-ci. Si le conducteur est placé dans un autre champ magnétique fixe, une attraction ou une répulsion sera générée, ce qui provoquera le déplacement de l'objet.

À l'intérieur du ventilateur, un aimant en caoutchouc est fixé, entourant la tôle d'acier au silicium. Deux ensembles de bobines sont enroulés autour du noyau du stator, et un composant de capteur Hall est utilisé comme dispositif de détection synchrone pour contrôler un ensemble de circuits.

Ce circuit fait fonctionner alternativement les deux ensembles de bobines enroulées autour du noyau du stator, de sorte que la tôle d'acier au silicium produit des pôles magnétiques différents, qui génèrent une force répulsive avec l'aimant en caoutchouc. Lorsque la force d'attraction et de répulsion est supérieure à la friction statique du ventilateur, les pales du ventilateur tourneront naturellement.

3. Vitesse du ventilateur

La vitesse du ventilateur fait référence au nombre de fois que les pales du ventilateur tournent par minute, et l'unité est tr/min. La vitesse du ventilateur est déterminée par le nombre de tours de la bobine interne du moteur, la tension de fonctionnement, le nombre de pales de ventilateur, l'angle d'inclinaison, la hauteur, le diamètre et le système de roulement.

La vitesse de rotation du ventilateur peut être mesurée via un signal de vitesse de rotation interne, ou peut être mesurée en externe. La mesure externe consiste à utiliser d'autres instruments (tels qu'un anémomètre à fil chaud) pour voir à quelle vitesse le ventilateur tourne, et la mesure interne peut être directement vérifiée dans le BIOS ou via un logiciel.

Au fur et à mesure que la température ambiante change, des ventilateurs de différentes vitesses sont parfois nécessaires pour répondre à la demande. Certains ventilateurs peuvent contrôler automatiquement la vitesse du ventilateur en fonction de la température de fonctionnement actuelle (telle que la température du dissipateur thermique). Si la température est élevée, la vitesse sera augmentée, et si la température est basse, la vitesse sera réduite.

4. Volume d'air du ventilateur

Le volume d'air du ventilateur fait référence au volume total d'air rejeté ou aspiré par le ventilateur du radiateur refroidi par air par minute. S'il est calculé en pieds cubes, l'unité est CFM. S'il est calculé en mètres cubes, c'est CMM. L'unité de volume d'air souvent utilisée dans les produits de radiateur est CFM (environ 0,028 mètres cubes par minute).

Dans le cas du même matériau de dissipateur thermique, le volume d'air est l'indicateur le plus important pour mesurer la capacité de dissipation thermique du dissipateur thermique refroidi par air. De toute évidence, plus le volume d'air du radiateur est grand, plus la capacité de refroidissement du ventilateur est élevée. En effet, le rapport de capacité thermique de l'air est constant, et un volume d'air plus important, c'est-à-dire plus d'air par unité de temps, peut emporter plus de chaleur.

Bien sûr, avec le même volume d'air, l'effet de dissipation thermique est lié au mode d'écoulement du vent. Le volume d'air et la pression du vent sont deux concepts relatifs.

5. Signal de contrôle du ventilateur

Le plus courant est le ventilateur à 2 fils. Les 2 fils sont le fil d'alimentation (rouge) et le fil de terre (noir). Un ventilateur à 2 fils fonctionne à pleine vitesse lorsqu'il est mis sous tension, et le processeur de la carte mère ne peut pas contrôler la vitesse du ventilateur, ni savoir si le ventilateur est en cours de fonctionnement.

Un peu plus avancé est le ventilateur à 3 fils. Les 3 fils sont le fil d'alimentation (rouge), le fil de terre (noir), le fil de mesure de la vitesse (jaune).

La ligne de mesure de la vitesse est une ligne de sortie, qui envoie un signal au processeur pour indiquer la vitesse actuelle du ventilateur.

Enfin, parlons du ventilateur à 4 fils. Comme le montre la figure ci-dessous, c'est également le ventilateur à vitesse réglable le plus couramment utilisé.

Le ventilateur à 4 fils a un signal de contrôle de plus que le ventilateur à 3 fils, et le processeur émet des ondes PWM (cycle de service réglable) pour contrôler la vitesse du ventilateur.

6. Caractéristiques des 4 types de ventilateurs

Ce qui suit présente principalement la classification en fonction des différentes directions de l'entrée et de la sortie du flux d'air du ventilateur.

6.1 Ventilateur axial

Les pales d'un ventilateur axial poussent l'air à s'écouler dans la même direction que l'arbre (direction parallèle). La turbine du ventilateur axial est quelque peu similaire à l'hélice. Lorsqu'il fonctionne, la direction d'écoulement de la majeure partie du flux d'air est parallèle à l'arbre.

Les ventilateurs axiaux consomment le moins d'énergie lorsque le flux d'air d'entrée est de l'air libre à pression statique nulle. En fonctionnement, la consommation d'énergie augmentera avec l'augmentation de la contre-pression du flux d'air.

Étant donné que le ventilateur axial présente une structure compacte, un gain de place et une installation facile, il est largement utilisé. Les ventilateurs axiaux sont généralement installés sur le boîtier des équipements électriques et électroniques, et parfois intégrés au moteur.

Les principales caractéristiques des ventilateurs axiaux sont un débit élevé et une pression du vent moyenne, et ils répondent aux exigences de dissipation thermique de l'environnement général.

6.2 Ventilateur transversal

Les ventilateurs transversaux peuvent générer un flux d'air de grande surface et sont généralement utilisés pour refroidir de grandes surfaces d'équipement. L'entrée et la sortie de ce ventilateur sont perpendiculaires à l'arbre.

Le ventilateur transversal utilise une turbine de ventilateur en forme de baril relativement longue pour fonctionner. Le diamètre de la turbine de ventilateur en forme de baril est relativement grand. En raison du grand diamètre, il est possible d'utiliser une vitesse relativement faible sur la base de la garantie de la circulation globale de l'air, réduisant ainsi le bruit causé par le fonctionnement à grande vitesse. Il est principalement utilisé dans les ascenseurs, les climatiseurs, les automobiles et autres équipements.

Les principales caractéristiques des ventilateurs transversaux sont un faible débit, une faible pression du vent et une grande surface de dissipation thermique.

6.3 Ventilateur à flux mixte

Le ventilateur à flux mixte est également appelé ventilateur à flux diagonal. Ce type de ventilateur à flux mixte ne diffère pas du ventilateur axial en apparence. En fait, la direction d'entrée d'air du ventilateur à flux mixte est le long de l'arbre, mais la direction de sortie d'air est le long de la direction diagonale entre l'arbre et la ligne perpendiculaire à l'arbre.

En raison de la forme conique de la turbine et du boîtier de ce ventilateur, la pression du vent est relativement élevée.

Les principales caractéristiques des ventilateurs à flux mixte sont un débit élevé et une pression du vent relativement élevée pour obtenir une meilleure dissipation thermique.

6.4 Ventilateur centrifuge

Lorsque le ventilateur centrifuge fonctionne, les pales poussent l'air à s'écouler dans une direction perpendiculaire à l'arbre (c'est-à-dire la direction radiale). La direction d'entrée d'air est le long de l'arbre, et la direction de sortie d'air est perpendiculaire à la direction de l'arbre.

Dans la plupart des cas, l'effet de refroidissement peut être obtenu en utilisant un ventilateur axial. Cependant, parfois, si le flux d'air doit être tourné de 90 degrés pour être évacué ou si une pression du vent plus importante est requise, un ventilateur centrifuge doit être utilisé.

Les principales caractéristiques des ventilateurs centrifuges sont de changer la direction d'écoulement du vent, un débit relativement limité et une pression du vent élevée.