Il ventola di raffreddamento deve essere familiare a tutti. Computer, distributori d'acqua, frigoriferi, condizionatori d'aria, purificatori d'aria, automobili, ecc. avranno la sua figura all'interno, ed è un popolare dispositivo di raffreddamento in molti settori. Quanto ne sai sui fondamenti delle ventole di raffreddamento? Qual è la sua struttura, il principio di funzionamento o le prestazioni dei vari tipi di ventole di raffreddamento?

1. Struttura della ventola di raffreddamento

Il processo di rotazione della ventola di raffreddamento è un processo in cui il campo elettromagnetico rotante generato dall'elettrificazione della bobina dello statore e l'anello magnetico permanente premuto nella pala della ventola si respingono a vicenda. La ventola di raffreddamento è composta principalmente da quattro parti: il rotore, lo statore, il motore e il telaio esterno.

1.1 Composizione del motore CC senza spazzole

È composto da un rotore a magnete permanente, uno statore ad avvolgimento multipolare, un sensore di posizione e un circuito di controllo di azionamento a commutazione elettronica.

1.2 Composizione del rotore

È composto da involucro del motore + anello magnetico + anima dell'albero + pale della ventola. Tra questi, le pale della ventola vengono utilizzate per creare il flusso d'aria e l'anima dell'albero serve a sostenere e bilanciare la rotazione delle pale della ventola.

Un anello magnetico è un oggetto con magnetismo residuo. Dopo essere stato magnetizzato da un forte campo magnetico, l'oggetto mantiene ancora le proprietà magnetiche quando non c'è eccitazione del campo magnetico esterno, cioè i poli simili si respingono e i poli diversi si attraggono. Il telaio esterno dell'anello magnetico (l'involucro del motore) viene utilizzato per fissare l'anello magnetico.

1.3 Parte dello statore

Lo statore è composto da filo smaltato + lamiera di acciaio al silicio rivestita di plastica + cuscinetto + rilevamento del sensore Hall + scheda del circuito di azionamento + cuscinetto. Il ruolo del cuscinetto è quello di aumentare la velocità, ridurre l'attrito e garantire che la ventola possa funzionare a lungo. La molla di supporto viene utilizzata per separare il cuscinetto dall'albero di bilanciamento. L'anello di ritegno viene utilizzato per fissare l'intera parte rotante.

1.4 Telaio esterno

La parte del telaio esterno della ventola di raffreddamento funge principalmente da supporto e guida del flusso d'aria.

2. Come funziona la ventola di raffreddamento

Secondo la regola della mano destra di Ampère, quando una corrente attraversa un conduttore, si genera un campo magnetico attorno ad esso. Se il conduttore viene posto in un altro campo magnetico fisso, si genererà un'attrazione o una repulsione, causando lo spostamento dell'oggetto.

All'interno della ventola di raffreddamento è attaccato un magnete in gomma, che circonda la lamiera di acciaio al silicio. Due serie di bobine sono avvolte attorno al nucleo dello statore e un componente del sensore Hall viene utilizzato come dispositivo di rilevamento sincrono per controllare una serie di circuiti.

Questo circuito fa funzionare alternativamente le due serie di bobine avvolte attorno al nucleo dello statore, quindi la lamiera di acciaio al silicio produce diversi poli magnetici, che generano una forza repulsiva con il magnete in gomma. Quando la forza di attrazione e repulsione è maggiore dell'attrito statico della ventola, le pale della ventola ruoteranno naturalmente.

3. Velocità della ventola di raffreddamento

La velocità della ventola di raffreddamento si riferisce al numero di volte in cui le pale della ventola ruotano al minuto e l'unità è rpm. La velocità della ventola è determinata dal numero di spire della bobina interna del motore, dalla tensione di esercizio, dal numero di pale della ventola, dall'angolo di inclinazione, dall'altezza, dal diametro e dal sistema di cuscinetti.

La velocità di rotazione della ventola di raffreddamento può essere misurata tramite un segnale di velocità di rotazione interno, oppure può essere misurata esternamente. La misurazione esterna consiste nell'utilizzare altri strumenti (come un anemometro a filo caldo) per vedere quanto velocemente gira la ventola, mentre la misurazione interna può essere controllata direttamente nel BIOS o tramite software.

Poiché la temperatura ambiente cambia, a volte sono necessarie ventole con velocità diverse per soddisfare la domanda. Alcune ventole possono controllare automaticamente la velocità della ventola in base alla temperatura di esercizio corrente (come la temperatura del dissipatore di calore). Se la temperatura è alta, la velocità aumenterà e, se la temperatura è bassa, la velocità diminuirà.

4. Portata d'aria della ventola di raffreddamento

La portata d'aria della ventola di raffreddamento si riferisce al volume totale di aria scaricata o aspirata dalla ventola del radiatore raffreddato ad aria al minuto. Se viene calcolato in piedi cubi, l'unità è CFM. Se viene calcolato in metri cubi, è CMM. L'unità di portata d'aria spesso utilizzata nei prodotti per radiatori è CFM (circa 0,028 metri cubi al minuto).

Nel caso dello stesso materiale del dissipatore di calore, la portata d'aria è l'indicatore più importante per misurare la capacità di dissipazione del calore del dissipatore di calore raffreddato ad aria. Ovviamente, maggiore è la portata d'aria del radiatore, maggiore è la capacità di raffreddamento della ventola di raffreddamento. Questo perché il rapporto di capacità termica dell'aria è costante e una maggiore portata d'aria, cioè più aria per unità di tempo, può sottrarre più calore.

Naturalmente, con la stessa portata d'aria, l'effetto di dissipazione del calore è correlato alla modalità di flusso del vento. Portata d'aria e pressione del vento sono due concetti relativi.

5. Segnale di controllo della ventola di raffreddamento

La più comune è la ventola a 2 fili. I 2 fili sono il filo di alimentazione (rosso) e il filo di terra (nero). Una ventola a 2 fili funziona a piena velocità quando è accesa e la CPU della scheda madre non può controllare la velocità della ventola, né sa se la ventola è attualmente in funzione.

Un po' più avanzata è la ventola a 3 fili. I 3 fili sono il filo di alimentazione (rosso), il filo di terra (nero), il filo di misurazione della velocità (giallo).

La linea di misurazione della velocità è una linea di uscita, che emette un segnale alla CPU per indicare l'attuale velocità della ventola.

Infine, parliamo della ventola a 4 fili. Come mostrato nella figura sottostante, questa è anche la ventola a velocità regolabile più comunemente utilizzata.

La ventola a 4 fili ha un segnale di controllo in più rispetto alla ventola a 3 fili e la CPU emette onde PWM (ciclo di lavoro regolabile) per controllare la velocità della ventola.

6. Caratteristiche di 4 tipi di ventole di raffreddamento

Di seguito viene principalmente introdotta la classificazione in base alle diverse direzioni del flusso d'aria in entrata e in uscita dalla ventola di raffreddamento.

6.1 Ventola a flusso assiale

Le pale di una ventola assiale spingono l'aria a fluire nella stessa direzione dell'albero (direzione parallela). La girante della ventola a flusso assiale è in qualche modo simile all'elica. Quando è in funzione, la direzione del flusso della maggior parte del flusso d'aria è parallela all'albero.

Le ventole assiali consumano meno energia quando il flusso d'aria in ingresso è aria libera a pressione statica zero. Durante il funzionamento, il consumo di energia aumenterà con l'aumento della contropressione del flusso d'aria.

Poiché la ventola a flusso assiale presenta una struttura compatta, un risparmio di spazio e una facile installazione, è ampiamente utilizzata. Le ventole assiali sono solitamente installate sull'armadio di apparecchiature elettriche ed elettroniche e talvolta integrate sul motore.

Le caratteristiche principali delle ventole a flusso assiale sono l'elevata portata e la media pressione del vento e soddisfano i requisiti di dissipazione del calore dell'ambiente generale.

6.2 Ventola a flusso trasversale

Le ventole a flusso trasversale possono generare un flusso d'aria su larga area e vengono solitamente utilizzate per raffreddare grandi superfici di apparecchiature. L'ingresso e l'uscita di questa ventola sono perpendicolari all'albero.

La ventola a flusso trasversale utilizza una girante a ventola a forma di barilotto relativamente lunga per funzionare. Il diametro della girante a ventola a forma di barilotto è relativamente grande. A causa del grande diametro, è possibile utilizzare una velocità relativamente bassa sulla base della garanzia della circolazione generale dell'aria, riducendo così il rumore causato dal funzionamento ad alta velocità. Viene utilizzato principalmente in ascensori, condizionatori d'aria, automobili e altre apparecchiature.

Le caratteristiche principali delle ventole a flusso trasversale sono la bassa portata, la bassa pressione del vento e l'ampia area di dissipazione del calore.

6.3 Ventola a flusso misto

La ventola a flusso misto è anche chiamata ventola a flusso diagonale. Questo tipo di ventola a flusso misto non è diverso dalla ventola a flusso assiale nell'aspetto. In realtà, la direzione di aspirazione dell'aria della ventola a flusso misto è lungo l'albero, ma la direzione di uscita dell'aria è lungo la direzione diagonale tra l'albero e la linea perpendicolare all'albero.

A causa della forma conica della girante e dell'alloggiamento di questa ventola, la pressione del vento è relativamente alta.

Le caratteristiche principali delle ventole a flusso misto sono l'elevata portata e la pressione del vento relativamente elevata per ottenere una migliore dissipazione del calore.

6.4 Ventola centrifuga

Quando la ventola centrifuga funziona, le pale spingono l'aria a fluire in una direzione perpendicolare all'albero (cioè, direzione radiale). La direzione di aspirazione dell'aria è lungo l'albero e la direzione di uscita dell'aria è perpendicolare alla direzione dell'albero.

Nella maggior parte dei casi, l'effetto di raffreddamento può essere ottenuto utilizzando una ventola assiale. Tuttavia, a volte, se il flusso d'aria deve essere ruotato di 90 gradi per scaricare o è richiesta una maggiore pressione del vento, è necessario utilizzare una ventola centrifuga.

Le caratteristiche principali delle ventole centrifughe sono la modifica della direzione del flusso del vento, la portata relativamente limitata e l'elevata pressione del vento.