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ファン

ファンはインペラーを備えたモーターで、空気を動かします。3D プリンターの周りのデバイスでは、単に「吹く」のではなく、正しいゾーン (ヒーター、スプール、フィルター、ラジエーター、チャンバー、またはエレクトロニクスコンパートメント) を通じて空気を押す必要があります。

同じサイズのファンは非常に異なります。1 つは開いた場所で空気をよく押し、別は フィルターまたはダクトを通じて空気をより良く押し、3 つ目は静かですが、抵抗の下では弱いです。

どこで使用されているか

iDryer のようなプロジェクトでは、ファンは以下に使用されます:

  • ドライヤー内の空気循環;
  • ヒーターからチャンバーへの熱転送;
  • プリンターチャンバーから空気を排出;
  • HEPA/カーボンフィルターを通じたろ過;
  • エレクトロニクスの冷却;
  • ラジエーターの冷却;
  • エンクロージャー内の温度レベリング。

チャンバー加熱の場合、ファンは特に重要です。ヒーターは熱を放出し、気流はその熱を要素から除去し、それをさらに先に運びます。適切な気流がなければ、ヒーターはチャンバーが貧弱に加熱している間に局所的に過熱することができます。

気流と静圧

ファンの技術的な説明では、通常 2 つの重要なパラメータが表示されます:

  • 気流 - 多くの場合 CFM または m3/h;
  • 静圧 - 多くの場合 mmH2O、Pa、inch H2O。

気流は、理想的な条件でわずかな抵抗を伴うファンがポンプできる空気の量を示します。

静圧は、ファンがどの程度、抵抗を通じて空気を押すことができるかを示します: フィルター、グリル、ラジエーター、狭いダクト、または長いエアチューブ。

実用的なルール:

  • 開いた循環の場合、気流がより重要です;
  • フィルター、ラジエーター、密度の高いグリル、ダクトの場合、静圧がより重要です;
  • 実際のエンクロージャーの場合、仕様の最大数だけでなく、動作点が重要です。

密集したフィルターに静かなケースファンを置くと、開いた場所で気流が強いように見えても、気流がほとんど押せない場合があります。

軸流ファンと放射状ファン

軸流ファンは回転軸に沿って空気を押します。これらは、40x40、60x60、80x80、120x120 mm などの典型的な正方形ファンです。

放射状ファンは側面から空気を取り込み、狭い出口を通じてそれを吹き出します。多くの場合、ダクト、ノズル、フィルター、圧力が必要な場所でより良く機能します。

チャンバー内の自由な循環の場合、軸流ファンが通常便利です。コンパクトなダクト、フィルター、または有向フローの場合、放射状ファンがより優れていることがあります。

2ピン、3ピン、4ピン

ファンはしばしばワイヤーの数が異なります。

コンピューターファンの 3 ピンコネクタ

出所: Wikimedia Commons, Dsimic, CC BY-SA 4.0

2ピン:

  • +V;
  • GND。

このようなファンは単に電力を取得します。ボードとファンがそれをサポートしている場合、供給電圧を変更するか、電力ラインで PWM を変更して速度を制御できます。

3ピン:

  • +V;
  • GND;
  • 速度計信号 (tach/sense)。

3 番目のワイヤーは通常、速度信号を出力します。それ自体では速度を制御しません。

4ピン PWM:

  • GND;
  • +V;
  • 速度計信号 (tach/sense);
  • PWM 制御信号。

4 ピン PWM ファンでは、電力は通常常に供給され、速度は別の PWM ラインで設定されます。これはファン電力をオン/オフに迅速に切り替えるのと同じではありません。

PWM およびタコメーター

PWM は、望ましい速度を設定する制御信号です。コンピューター 4 ピン PWM ファンは通常、約 25 kHz の周波数を持ち、電力は一定のままです。

PWM ワイヤーが接続されていない場合、多くの 4 ピンファンが全速で実行されます。

速度計信号は RPM を示します。デバイスが以下を理解する必要がある場合に必要です:

  • ファンが回転しているか停止しているか;
  • 速度がコマンドと一致しているか;
  • フィルターまたはダクトが余りにも多くの抵抗を作成しているか;
  • ファンが詰まっているか。

タコメーターは温度制御を置き換えません。ヒーターを備えたデバイスでは、ファン故障が危険な場合、温度と気流ステータスの両方を監視する必要があります。

電圧と電流

接続する前に、確認してください:

  • ファン電圧: 5V、12V、24V;
  • 動作電流;
  • 起動電流;
  • コネクタータイプ;
  • ピンアウト;
  • PWM があるかどうか;
  • タコメーターがあるかどうか;
  • 動作温度;
  • 気流方向;
  • ノイズレベル;
  • 寿命とベアリングタイプ。

制御器の GPIO からファンに電源を供給することはできません。GPIO は信号であり、電力出力ではありません。ファン電流は、電源、ボード電力出力、または MOSFET モジュールから来る必要があります。

起動時、ファンは通常の操作より短時間多くの電流を引く可能性があります。複数のファンが 1 つの出力に接続されている場合、それらの電流が加算されます。

ノイズ、振動、ベアリング

ノイズは RPM 以上によって異なります。

音は以下に影響を受けます:

  • ブレード形状;
  • バランス;
  • ベアリングタイプ;
  • マウント;
  • グリル;
  • ダクト;
  • フィルター;
  • エンクロージャー共鳴;
  • 複数のファンが近くにあります。

技術的な説明は dB(A) のノイズをリストしていますが、実際のエンクロージャーではファンが異なって聞こえるかもしれません。幾何学的に貧弱なグリル、近くの壁、または薄いパネルへの硬い取り付けは、良いファンをうるさくすることができます。

時間のために実行されるデバイスの場合、価格とサイズだけでなく、寿命、ベアリング、温度でファンを選択することが良いです。

温度と設置場所

ベンチで良く機能するファンは、ホットチャンバーで迅速に劣化することがあります。

確認:

  • ファン動作温度;
  • ヒーター付近の空気温度;
  • 加熱要素からの距離;
  • ホットフローがモーターに直接当たるかどうか;
  • マウントが軟化するかどうか;
  • ワイヤーが乾くかどうか;
  • ファンがほこりまたは繊維で詰まるかどうか。

ファンがヒーター気流を担当している場合、その障害は安全ロジックで考慮されるべきです。停止したファンが直ちに緊急シャットダウンなしで危険な温度を直ちに作成しないように、ヒーターを設計することはできません。

フィルターとダクト

フィルター、グリル、ダクトは有用な気流を大幅に削減できます。

典型的な兆候:

  • ファンは大きな音ですが、気流は弱いです;
  • フィルターはほとんど空気を取得しません;
  • 空気はギャップを通じてフィルターをバイパスしてください;
  • ヒーター付近の温度はチャンバー温度よりも速く上昇します;
  • カバーを取り付けた後、気流はベンチよりも悪いです。

チャンバーを効果的にろ過するには、単にファンを置いたのではなく、フィルターを通じて空気パスを確保する必要があります。空気がギャップを通じて行きやすい場合、そうなります。

購入前にチェックすること

ファンを購入する前に、確認してください:

  • サイズと厚さ;
  • 電圧;
  • 電流;
  • タイプ: 軸流または放射状;
  • 気流;
  • 静圧;
  • ノイズ;
  • RPM;
  • ベアリングタイプ;
  • 2ピン/3ピン/4ピン;
  • 動作温度;
  • 寿命;
  • 気流方向;
  • コネクタートとピンアウト;
  • フィルター、ダクト、または自由な循環に適しているかどうか。

フィルターと狭いダクトの場合、CFM のみでファンを選択しないでください。静圧を確認し、実際のアセンブリでテストしてください。

典型的なエラー

  • 12V ファンを 24V に接続しました;
  • 24V ファンを 12V に接続して、それが壊れていると思いました;
  • GPIO からのファンへの電力供給;
  • 外部 MOSFET/PWM の共通接地を確立しませんでした;
  • 起動電流を考慮しませんでした;
  • 複数のファンを弱い出力に接続しました;
  • サイズのみでファンを選択しました;
  • 密集したフィルターに自由フロー ファンをインストールしました;
  • tach ワイヤーは制御ワイヤーであると考えます;
  • 4 ピン PWM が 2 ピンと同じであると思います;
  • 4 ピン PWM ファンのオン/オフで制御ファンの電力を切り替えてください;
  • ホットゾーンに温度チェックなしでファンをインストールしました;
  • カバー、フィルター、ダクトをインストール後に気流をチェックしませんでした。

重要なポイント

ファンはタスク (自由循環、フィルター、ダクト、ラジエーター、ヒーター、またはエレクトロニクス冷却) に対して選択されます。開いた場所では、気流が重要です; フィルターとダクトでは、圧力が重要です。

電圧、電流、ワイヤータイプ、PWM/タコメーター、動作温度、実際のシステム抵抗を確認してください。ヒーターを備えたデバイスでは、ファンは装飾的なコンポーネントではなく、安全な熱システムの一部であるべきです。

参考資料