Преодоление ограничений по размеру: основная технология, лежащая в основе ультратонких вентиляторов размером 15×15×4 мм

В эпоху миниатюризации электронных устройств, от прецизионного медицинского оборудования до высокопроизводительных носимых устройств, от компактных модулей искусственного интеллекта до ультра-тонких смартфонов, спрос на решения для охлаждения становится все более жестким. Размер охлаждающих компонентов стал ключевым узким местом, ограничивающим инновации в дизайне небольших устройств. В настоящее время наименьший размер охлаждающих вентиляторов, достижимый в отрасли, составляет 9×9×3 мм (диаметр 9 мм и толщина 3 мм). Это прорыв, который переопределяет границы миниатюрного рассеивания тепла. Для реализации этой сверхтонкой конструкции предпочтительным решением стала конструкция плоского двигателя, поскольку ее компактная компоновка и эффективные характеристики преобразования энергии идеально соответствуют пространственным ограничениям небольших устройств. Стоит отметить, что наша компания может произвести самый маленький охлаждающий вентилятор в Китае размером 15×15×4 мм. В этих-ведущих в отрасли продуктах выбор каждого основного компонента является результатом-углубленных технических исследований и тщательной проверки производительности.

1. Основной чувствительный компонент: датчик Холла Melexis MLX90411.

Датчик Холла — это «нервный центр» ультратонкого вентилятора охлаждения, отвечающий за точное определение положения ротора и реализацию точного управления коммутацией. Для сверхмалых вентиляторов размером 15×15×4 мм размер датчика Холла напрямую определяет, можно ли компактно разместить всю конструкцию. После-углубленного сравнения и неоднократного тестирования датчиков мирового уровня мы, наконец, остановили свой выбор на модели MLX90411 от Melexis, известного-известного американского производителя полупроводников.

Этот датчик Холла имеет сверх-маленький размер всего 3×1,2 мм, поэтому его можно легко интегрировать в ограниченное внутреннее пространство вентилятора, не занимая при этом слишком много места. Что еще более важно, MLX90411 — это универсальный-в-одиночный-драйвер вентилятора со встроенным-высокочувствительным-датчиком Холла, который имеет ток до 800 мА и может стабильно управлять вентилятором для эффективной работы. Он также обладает превосходной температурной адаптируемостью: диапазон температур рабочего перехода от -от 40 до 150 градусов, что позволяет выдерживать высокие-температуры внутри электронных устройств и обеспечивать долгосрочную-стабильную работу. Встроенные функции защиты от перенапряжения-перенапряжения, защиты от короткого-замыкания и блокировки-ротора еще больше повышают надежность системы вентиляторов, что делает ее подходящей для различных суровых сценариев применения небольших устройств.

2. Инновация в обмотке статора: технология планарной обмотки катушки.

Обмотка статора является основным компонентом, который преобразует электрическую энергию в магнитную энергию, а ее структура и метод намотки напрямую влияют на толщину, эффективность и стабильность работы вентилятора. Традиционные вентиляторы охлаждения обычно имеют обмотку из эмалированной проволоки на листах кремнистой стали. Хотя эта конструкция имеет отработанную технологию, толщина листа кремниевой стали и объем, занимаемый трехмерной обмоткой, не позволяют удовлетворить требования к размерам сверх-тонких небольших вентиляторов постоянного тока.

Чтобы решить эту проблему, мы отказались от традиционного метода намотки и внедрили технологию намотки плоской катушки. Учитывая преимущества тонкопленочных индукторов в миниатюризации и высоких-частотных характеристиках, плоская катушка изготавливается по тонкопленочной технологии, которую можно изготовить непосредственно на печатной плате с плоской и компактной структурой. Такая конструкция не только значительно уменьшает толщину статорной части, что делает ее идеально совместимой со сверхтонким вентилятором толщиной 3 мм, но также оптимизирует распределение магнитного поля, снижает потери энергии и повышает эффективность преобразования энергии двигателя. В то же время плоская катушка имеет лучшую согласованность процесса, что может обеспечить стабильность работы вентиляторов при массовом производстве и заложить прочную основу для крупномасштабного-применения ультра-тонких вентиляторов.

3. Выбор материала корпуса: высокопрочный-жидкокристаллический полимер LCP.

Для сверхмалых вентиляторов охлаждения размером 15×15×4 мм корпус должен не только выполнять защитную роль, но и выдерживать давление высокоскоростного-скоростного вращения лопастей вентилятора. Из-за небольшого размера продукта материал оболочки должен обладать чрезвычайно высокой прочностью, хорошей стабильностью размеров и превосходной термостойкостью. После проверки различных инженерных пластиков мы, наконец, решили использовать LCP (жидкокристаллический полимер) в качестве материала корпуса вентилятора.

LCP — это высоко-специальный инженерный пластик с уникальной структурой молекулярных цепей, который обладает четырьмя основными преимуществами, которые идеально соответствуют потребностям ультра-тонких вентиляторов. Во-первых, он обладает превосходной устойчивостью к высоким-температурам (при температуре непрерывного использования 200-300 градусов), что позволяет выдерживать высокие температуры, создаваемые вентилятором во время работы на высокой-скорости, и избегать деформации и старения. Во-вторых, он обладает сверх-высокой размерной стабильностью с очень низким коэффициентом линейного расширения (менее или равным 10 ppm/градус), что может гарантировать, что конструкция вентилятора не деформируется даже в условиях резких изменений температуры, и сохранять точность лопастей вентилятора во время вращения на высокой-скорости. В-третьих, он имеет хороший баланс легкого веса и высокой прочности. Плотность LCP составляет всего около 1,4 г/см³, что позволяет снизить общий вес вентилятора, а его прочность на растяжение может достигать более 100 МПа, из чего можно сделать сверхтонкие лопасти вентилятора толщиной всего 0,15 мм, обеспечивая структурную стабильность при высокоскоростном вращении. В-четвертых, он обладает отличными диэлектрическими свойствами: диэлектрическая проницаемость стабильна на уровне около 3,0, а коэффициент потерь ниже 0,002, что позволяет избежать электромагнитных помех на другие компоненты устройства и обеспечить стабильную работу вентилятора.

4. Магнитный компонент ротора: ультра-тонкий неодимовый магнит из железа и бора.

Магнит ротора является ключевым компонентом, создающим движущую силу вентилятора. Его магнитные характеристики и толщина напрямую влияют на эффективность работы вентилятора и энергопотребление. Для ультра-тонких вентиляторов при обеспечении достаточной магнитной силы уменьшение толщины магнита является важнейшим техническим требованием. В качестве магнита ротора мы используем ультратонкий неодим-железо-бор (NdFeB), что обеспечивает надежную гарантию эффективной работы мини-вентилятора.

Неодим-железо-бор — это высокоэффективный-материал для постоянных магнитов с чрезвычайно высоким произведением магнитной энергии и коэрцитивной силой. Его остаточная сила может достигать 1,2-1,4Т, а коэрцитивная сила — 12-30кЭ. Это означает, что он может генерировать сильное и стабильное магнитное поле в очень небольшом объеме, что намного превосходит традиционные ферритовые магниты. Применение сверхтонких неодимовых железоборных магнитов не только уменьшает толщину роторной части, но и оптимизирует распределение магнитного поля двигателя, значительно снижая ток, необходимый для работы двигателя. Согласно соответствующим техническим данным, использование материалов из неодима, железа и бора с высокой магнитной энергией может снизить потери энергии двигателя, улучшить удельную мощность двигателя и обеспечить более высокую эффективность вентилятора при более низком энергопотреблении. Кроме того, неодим-железо-борные магниты обладают хорошей стабильностью при высоких-температурах. После специальной обработки они могут стабильно работать при высоких температурах до 200 градусов, что соответствует высокотемпературной среде внутри электронных устройств и обеспечивает долгосрочную надежность вентилятора.

5. Финальное достижение: ультра-тонкий вентилятор постоянного тока размером меньше ногтя.

Основываясь на вышеуказанном выборе основных компонентов и технических инновациях, мы успешно изготовили ультра-маленький вентилятор постоянного тока размером 15×15×4 мм, что даже меньше ногтя. Этот вентилятор не только превосходит размеры традиционных вентиляторов охлаждения, но также обеспечивает превосходные характеристики с точки зрения объема воздуха, шума и энергопотребления. Он может эффективно рассеивать тепло небольших электронных устройств, решая проблему рассеивания тепла миниатюрных устройств и обеспечивая мощную техническую поддержку для инноваций и развития таких отраслей, как бытовая электроника, медицинское оборудование и искусственный интеллект.

В будущем мы продолжим углублять исследования в области миниатюрных технологий рассеивания тепла, изучать новые-материалы с высокими эксплуатационными характеристиками и инновационные структуры, а также выпускать более ультра-тонкие, эффективные и надежные решения для охлаждения, чтобы способствовать непрерывному прогрессу миниатюризации мировой индустрии электронных устройств.