降低風扇噪音的改進結構探討

席芳

摘要：筆記本電腦使用的風扇，在高風量和高風壓的要求下，會產生空氣亂流和巨大的噪音。為了能夠在高風量和高風壓前提下，得到更低的風扇噪音，文章對筆記本電腦的風扇各個結構進行了分析，以得到最佳的結構改進方案。

關鍵詞：風扇噪音；靜音風扇；筆記本電腦風扇；空氣亂流；高風量；高風壓 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG464 文章編號：1009-2374（2016）18-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.012

1 問題描述

在現有的筆記本電腦風扇結構中，風扇的工作原理簡單地來講就是電流通過控制電路，在定子線圈處和電磁鐵處產生旋轉磁場，推動轉子上的磁鐵朝特定方向旋轉，從而帶動整個扇葉高速旋轉，推動空氣快速從扇葉處通過，以到達特定的風量和風壓。然而，風量和風壓則是風扇的兩個最重要的性能參數，而該處所述的風壓就是風的壓力，風壓越大，風的力量也就越大，更加容易把筆記本電腦內結構上的沖孔、防塵網等部件吹透；而風量則可以理解為同一時間通過風扇的氣流量大小，在同一時間內，可以交換更多的氣流來提升散熱效果。風扇在高風量和高風壓的前提下，扇葉高速旋轉時與空氣的摩擦振動系數大，氣流不能準確地流向所需的方向，空氣亂流的振動造成巨大的噪音。

2 解決方案

第一，現有筆記本電腦風扇的結構，包括定子（4）和轉子，其特征在于：還包括溫度傳感器（9）和散熱部件（10），所述定子（4）包括軸承、線圈和電路板，在軸承上纏繞多圈線圈，軸承垂直安裝在電路板的頂部；所述轉子包括多塊扇葉（2）、環形磁鐵（3）和軸，環形磁鐵（3）套在軸上，在環形磁鐵（3）和軸之間形成一個腔體，軸承和電路板的中心孔套在軸上，在環形磁鐵（3）的外部還套有一個膠套，在膠套的側面上均勻輻射有一圈扇葉（2），扇葉與豎直方向呈銳角，整個定子（4）和轉子均安裝在底座（1）形成的圓形腔體內。散熱部件（10）連接在風扇處，在連接處還設置溫度傳感器（9），有需要的話可以增加輔助散熱部件（11），輔助散熱部件（11）與圓形腔體連接處也設置溫度傳感器（9）。

第二，根據問題描述要求，對所述的筆記本電腦風扇的結構進行改進，其特征在于：每塊扇葉（2）沿逆時針方向偏轉的角度范圍在8°～16°之間。角度范圍設置通過實驗獲得。

第三，根據問題描述要求，所述的筆記本電腦風扇的結構進行改進，其特征在于：每片扇葉（2）的寬度范圍在8～14cm之間。角度范圍設置通過實驗獲得。

第四，根據問題描述要求，所述的筆記本電腦風扇的結構進行改進，其特征在于：在每塊扇葉（2）的一側均設置多個缺口（7），每個缺口（7）均為V字形結構。角度范圍設置通過實驗獲得。

第五，根據問題描述要求，所述的筆記本電腦風扇的結構進行改進，其特征在于：在每塊扇葉（2）的表面上均勻設置沿逆時針方向的導流線（6），在每塊扇葉（2）上任意兩條相鄰導流線（6）之間的空隙上設置多個圓形凹槽（12）。角度范圍設置通過實驗獲得。

3 數據實驗

本次研究使用的實驗數據分析方法為Minitab中的DOE實驗。

對單個結構進行多水平測試，收集數據后通過Minitab分析來確認結構是否對噪音有回歸性。

最后使用Minitab DOE分析中響應曲面的數據模擬模型來獲得理論上最佳的結構改進方案。

第一，扇葉與豎直方向呈銳角，傾斜角度更加緩和，在提高與空氣接觸面積的同時，達到最大化地減小與空氣的摩擦振動系數，可以降低亂流造成的噪音。

扇葉角度（5水平）：8°、10°、12°、14°、16°。

第二，選擇每片扇葉的寬度范圍。能使每片扇葉能夠接觸到更多的空氣面積，同一時間通過的氣流更多，達到最大化地減小與空氣的摩擦振動系數，可以降低亂流造成的噪音。

扇葉寬度（4水平）：6cm、8cm、10cm、12cm。

第三，在每塊扇葉的一側均設置多個缺口，每個缺口均為V字形結構。缺口的設計保證風量不變的情況下，能夠快速分流掉一部分風壓，減少空氣亂流造成的噪音，減少風壓與空氣摩擦產生的較大噪聲。

缺口數量（4水平）：5個、6個、7個、8個。

第四，在每片扇葉上均設置導流線，每塊扇葉上任意兩條相鄰導流線之間的空隙上設置多個圓形凹槽，能夠擴大扇葉與空氣的接觸面積，減小氣流對扇葉上單一位置的強烈沖擊，從而減少扇葉在高速旋轉時與空氣摩擦的震動系數，讓扇葉與空氣接觸面積的氣流更加順暢，從而減少噪音。

導流線數量（3水平）：2條、3條、4條。

圓形凹槽數量（3水平）：1個、2個、3個。

以上所有測試中，風扇轉速均設為3個水平：2500RPM、3000RPM、3500RPM。

4 效果驗證

按照噪音的大小，可以把噪音劃分為多個區間段：30～40分貝是比較安靜的正常環境；超過50分貝就會影響睡眠和休息；70分貝以上干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中，影響工作效率，甚至發生事故；長期工作或生活在90分貝以上的噪聲環境，會嚴重影響聽力和導致其他疾病的發生。

本次研究目的是將筆記本電腦的風扇噪音控制到安靜的正常環境，即30～40分貝。

根據Minitab DOE分析中響應曲面的數據模擬模型中的結果，進行實物測試。各個結構改進參數選擇見表1：

測試風扇噪音為30～31dB，實驗結果滿足本次研究的目標，即本次試驗中選擇的結構改善參數設定為有效。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）