一体化轴流风机系统设计 *

doi:10.11985/2020.01.009

电气工程学报 ›› 2020, Vol. 15 ›› Issue (1): 62-70.doi: 10.11985/2020.01.009

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一体化轴流风机系统设计 ^*

黄其^1,²(),胡斌²,康乐²,孙金良²

^1. 西北工业大学自动化学院西安 710072
^2. 航天江南集团有限公司贵阳 550009

收稿日期:2019-12-24 出版日期:2020-03-25 发布日期:2020-05-13
通讯作者: 黄其 E-mail:snk77@163.com
作者简介:胡斌,男,1972年生,研究员。主要研究方向为永磁电机设计及工艺制造。E-mail：290511024@qq.com
基金资助:
* 贵阳市高新技术产业支持资助项目(GXCX-2017-012)

Design of Integrated Axial Fan for Communication Equipment

HUANG Qi^1,²(),HU Bin²,KANG Le²,SUN Jinliang²

^1. School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072 China
^2. Aerospace Jiangnan Group Co., Ltd., Guiyang 550009 China

Received:2019-12-24 Online:2020-03-25 Published:2020-05-13
Contact: HUANG Qi E-mail:snk77@163.com

摘要/Abstract

摘要：

低压轴流风机广泛应用在通讯设备的散热系统中,通常要求风机体积小、风量大、调速方便。针对服务器散热系统应用,设计一款12 V、36 W永磁无刷轴流风机。首先总体上对扇叶、电动机和控制器三大部件进行设计,扇叶采用8片C4翼型,电机采用4机8槽外转子永磁无刷直流电动机,并研究电动机的齿槽转矩和散热分布,控制器采用无位置传感器方波控制和三段式启动技术。接着采用ANSYS有限元软件对整个风机的结构强度和模态进行分析。最后生产风机并搭建试验平台,对风机控制器的起动性能进行测试,采用对拖方法测试电动机的负载特性,通过风洞测试扇叶的风压和流量,试验结果显示控制器能够顺利起动电动机,且电动机的额定输出力矩和转速满足指标,效率达到92%,同时扇叶满足工作点要求的风压和风量。

关键词: 轴流风机, 散热系统, 无刷直流电动机, 无位置传感器

Abstract:

Low voltage axial flow fans are widely used in the heat dissipation system of electronic equipment. The fan is usually required to be small in volume, large in air flow and integrated speed regulation. A 12 V permanent magnet brushless axial flow fan is designed for server cooling system applications. First, the fan blade, permanent magnet brushless DC motor and sensorless controller of axial flow fan are designed. The fan blade adopts 8-piece C4 airfoil, the motor adopts 4-machine 8-slot external rotor permanent magnet brushless dc motor, and the tooth groove torque and heat dissipation distribution of the motor are studied. The controller adopts sensorless square wave control and three-stage starting technology. Then, ANSYS finite element software is used to analyze the structural strength and mode of the axial flow fan. Finally, the axial flow fan is manufactured and the experimental platform is built. The performance of the fan controller, mechanical characteristics of the motor, wind pressure and flow rate of the fan blade are tested. Experimental results verify that the rated output torque and speed of the motor meet the requirements which the efficiency reaches 92%, and the fan blades meet the wind pressure and air volume required by the operating point.

Key words: Axial flow fan, cooling system, brushless DC motor, position sensorless

中图分类号:

U469

黄其,胡斌,康乐,孙金良. 一体化轴流风机系统设计 ^*[J]. 电气工程学报, 2020, 15(1): 62-70.

HUANG Qi,HU Bin,KANG Le,SUN Jinliang. Design of Integrated Axial Fan for Communication Equipment[J]. Journal of Electrical Engineering, 2020, 15(1): 62-70.

图/表 18

图1

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表1

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参考文献 10

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参数	数值	参数	数值
极槽配合	4极6槽	槽满率(%)	40
冲片材料	20WTG1500	磁钢Hc/(kA/m)	340
每槽导体数	40	磁钢厚度/mm	1.5
漆包线径/mm	0.4	极弧系数	1
并绕根数	2	转子磁轭材料	Steel_1010

实测值			计算值
直流电源	电动机	发电机	损耗	轴功率	扭矩	电机效率
P₀/W	P₁/W	P₂/W	Ps/W	P_T/W	T/(N·m)	η(%)
24.5	22.5	18.5	2.0	20.5	0.013 1	91.3
30.1	27.8	23.2	2.3	25.5	0.016 2	91.7
32.9	30.1	25.5	2.3	27.8	0.017 7	92.3
36.9	35.1	29.7	2.7	32.4	0.020 6	92.4
40.1	38.4	32.4	3.0	35.4	0.022 5	92.2

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