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降低风扇噪音的改进结构探讨

来源:论文联盟  作者:席芳 [字体: ]

降低风扇噪音的改进结构探讨

1 问题描述
  在现有的笔记本电脑风扇结构中,风扇的工作原理简单地来讲就是电流通过控制电路,在定子线圈处和电磁铁处产生旋转磁场,推动转子上的磁铁朝特定方向旋转,从而带动整个扇叶高速旋转,推动空气快速从扇叶处通过,以到达特定的风量和风压。然而,风量和风压则是风扇的两个最重要的性能参数,而该处所述的风压就是风的压力,风压越大,风的力量也就越大,更加容易把笔记本电脑内结构上的冲孔、防尘网等部件吹透;而风量则可以理解为同一时间通过风扇的气流量大小,在同一时间内,可以交换更多的气流来提升散热效果。风扇在高风量和高风压的前提下,扇叶高速旋转时与空气的摩擦振动系数大,气流不能准确地流向所需的方向,空气乱流的振动造成巨大的噪音。
  2 解决方案
  第一,现有笔记本电脑风扇的结构,包括定子(4)和转子,其特征在于:还包括温度传感器(9)和散热部件(10),所述定子(4)包括轴承、线圈和电路板,在轴承上缠绕多圈线圈,轴承垂直安装在电路板的顶部;所述转子包括多块扇叶(2)、环形磁铁(3)和轴,环形磁铁(3)套在轴上,在环形磁铁(3)和轴之间形成一个腔体,轴承和电路板的中心孔套在轴上,在环形磁铁(3)的外部还套有一个胶套,在胶套的侧面上均匀辐射有一圈扇叶(2),扇叶与竖直方向呈锐角,整个定子(4)和转子均安装在底座(1)形成的圆形腔体内。散热部件(10)连接在风扇处,在连接处还设置温度传感器(9),有需要的话可以增加辅助散热部件(11),辅助散热部件(11)与圆形腔体连接处也设置温度传感器(9)。
  第二,根据问题描述要求,对所述的笔记本电脑风扇的结构进行改进,其特征在于:每块扇叶(2)沿逆时针方向偏转的角度范围在8°~16°之间。角度范围设置通过实验获得。
  第三,根据问题描述要求,所述的笔记本电脑风扇的结构进行改进,其特征在于:每片扇叶(2)的宽度范围在8~14cm之间。角度范围设置通过实验获得。
  第四,根据问本文由论文联盟http://www.LWlm.cOM收集整理题描述要求,所述的笔记本电脑风扇的结构进行改进,其特征在于:在每块扇叶(2)的一侧均设置多个缺口(7),每个缺口(7)均为V字形结构。角度范围设置通过实验获得。
  第五,根据问题描述要求,所述的笔记本电脑风扇的结构进行改进,其特征在于:在每块扇叶(2)的表面上均匀设置沿逆时针方向的导流线(6),在每块扇叶(2)上任意两条相邻导流线(6)之间的空隙上设置多个圆形凹槽(12)。角度范围设置通过实验获得。
  3 数据实验
  本次研究使用的实验数据分析方法为Minitab中的DOE实验。
  对单个结构进行多水平测试,收集数据后通过Minitab分析来确认结构是否对噪音有回归性。
  最后使用Minitab DOE分析中响应曲面的数据模拟模型来获得理论上最佳的结构改进方案。
  第一,扇叶与竖直方向呈锐角,倾斜角度更加缓和,在提高与空气接触面积的同时,达到最大化地减小与空气的摩擦振动系数,可以降低乱流造成的噪音。
  扇叶角度(5水平):8°、10°、12°、14°、16°。
  第二,选择每片扇叶的宽度范围。能使每片扇叶能够接触到更多的空气面积,同一时间通过的气流更多,达到最大化地减小与空气的摩擦振动系数,可以降低乱流造成的噪音。
  扇叶宽度(4水平):6cm、8cm、10cm、12cm。
  第三,在每块扇叶的一侧均设置多个缺口,每个缺口均为V字形结构。缺口的设计保证风量不变的情况下,能够快速分流掉一部分风压,减少空气乱流造成的噪音,减少风压与空气摩擦产生的较大噪声。
  缺口数量(4水平):5个、6个、7个、8个。
  第四,在每片扇叶上均设置导流线,每块扇叶上任意两条相邻导流线之间的空隙上设置多个圆形凹槽,能够扩大扇叶与空气的接触面积,减小气流对扇叶上单一位置的强烈冲击,从而减少扇叶在高速旋转时与空气摩擦的震动系数,让扇叶与空气接触面积的气流更加顺畅,从而减少噪音。
  导流线数量(3水平):2条、3条、4条。
  圆形凹槽数量(3水平):1个、2个、3个。
  以上所有测试中,风扇转速均设为3个水平:2500RPM、3000RPM、3500RPM。
  4 效果验证
  按照噪音的大小,可以把噪音划分为多个区间段:30~40分贝是比较安静的正常环境;超过50分贝就会影响睡眠和休息;70分贝以上干扰谈话,造成心烦意乱,精神不集中,影响工作效率,甚至发生事故;长期工作或生活在90分贝以上的噪声环境,会严重影响听力和导致其他疾病的发生。
  本次研究目的是将笔记本电脑的风扇噪音控制到安静的正常环境,即30~40分贝。
  根据Minitab DOE分析中响应曲面的数据模拟模型中的结果,进行实物测试。各个结构改进参数选择见表1:
  测试风扇噪音为30~31dB,实验结果满足本次研究的目标,即本次试验中选择的结构改善参数设定为有效。

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