עלייתם של שירותי הנתונים IoT ו- Cloud מיקמה את מרכזי הנתונים, המרכזים שרתים רבי עוצמה והתקני אחסון, בחוד החנית של תעשיית האלקטרוניקה. עובדה ידועה נוספת היא שמרכזי נתונים אלה מייצרים כמויות עצומות של חום, שיש להרחיקו מציוד קריטי – משימה שבדרך כלל מתחילה עם המאוורר.
הדבר נכון גם לגבי יישומים אחרים שאנו תלויים בהם. מוצרים כגון מחשבים ביתיים, מכשירי חשמל ביתיים ומכונות תעשייתיות יפעלו באופן אמין רק אם יישמרו בטווח טמפרטורות מסוים. במילים אחרות, למאווררים תפקיד חשוב מאוד בחיים המודרניים.
מיסב שרוול לעומת מיסב כדורי
במרכזו של כל מאוורר נמצא המיסב. רכיב קריטי זה מאפשר לרוטור המאוורר לנוע ויש לו תפקיד מרכזי באורך חיי המאוורר, מה שהופך אותו לחיוני עבור מעצבים ומהנדסים ומשום כך עליהם לבחור את מיסב המאוורר הנכון בו ישתמשו על מנת לקרר את היישום שלהם.
בעבר הבחירה היתה לרוב בין מיסב שרוול ומיסב כדורי. לשניהם נקודות החוזק שלהם, אבל הבחירה ביניהם תמיד כללה ויתור כלשהו. מסיבה זו CUI החליטה לנקוט בגישה חדשה לעיצוב המיסב כך שניתן יהיה לגשר על הפער בין השניים.
אולם לפני שנפנה לבחון על אופן פעולת מאוורר חדש זה, עלינו לסקור את היתרונות והחסרונות של המיסבים המסורתיים יותר – השרוול והכדורי.
הבנה של מיסבי השרוול
במרכז מסב השרוול המאוורר מסתובב בתוך צילינדר “דמוי שרוול” עם שכבת שמן על גבי השרוול המאפשרת את הסיבוב. תפקיד השרוול הוא להחזיק את הרוטור במצב הנכון, ולוודא שהוא תמיד במרחק הנכון מסטאטור המנוע (איור 1). מבין שני המיסבים המסורתיים, מיסבי השרוול חסכוניים יותר ויחזיקו מעמד טוב יותר ביישומים אשר חווים זעזועים ורטט. עם זאת, יש למיסב זה מספר חסרונות.
איור 1: תרשים של מיסב שרוול מאוורר טיפוסי
כדי למזער את תנודות הרוטור, השרוול צריך להתאים למוט במרכז, אולם ככל ששטח המגע גדול יותר כך יש להתגבר על חיכוך רב יותר ולוקח יותר זמן להתחיל בפעולה של המאוורר. המשמעות היא שנדרשת יותר אנרגיה, הן כדי להפעיל את המאוורר והן כדי לשמור על המשך הסיבוב.
בעיה נוספת נוגעת למשקל הרוטור הנתמך אך ורק על ידי המוט שבמרכז השרוול. כתוצאה מכך, כאשר הוא מסתובב, מתרחש בלאי הדרגתי של החלק הפנימי של המיסב, הגורם לעיוות. אם משתמשים במאוורר תמיד באותו כיוון, יתחיל להתפתח חתך בשרוול בצורת אליפסה, מה שעלול לגרום למאוורר להרעיש ולהתנדנד.
בעיית בלאי המיסב יכולה להיות אף גרועה יותר אם עליכם להפעיל את המאוורר בזוויות שונות, כפי שקורה עם ציוד נייד. כוח הכבידה מושך את מסת הרוטור לכיוונים שונים, בהתאם לזווית השימוש, הבלאי של השרוול יהיה לא אחיד, מה שיכול להחמיר את בעיות הרעש והתזוזה.
בסופו של דבר, הבלאי מקצר את חיי המיסב ובהתאם לעיצוב עלול לקצר חיי יחידת המאוורר כולה ואף את המוצר אותו הוא אמור לקרר.
יתר על כן, החומר המשמן (חומר הסיכה) שהוזכר קודם לכן הנדרש על מנת לשמור על המשכיות פעולת הסיבוב מסופק בדרך כלל על ידי שילוב טבעת שמן ושוטף Myler בשני קצוות המיסב. רכיבים אלה נועדו להפחית את רמת החיכוך אך למעשה בעצם נוכחותם הם מגבירים את החיכוך. בנוסף, המיקום שלהם מקשה על הגזים הנוצרים על ידי החיכוך להתאדה. כאשר גזים אלה אינם מתאדים, הם הופכים לחלקיקי תרכבות ניטריד (nitride) מוצקים אשר סותמים את המיסב, מונעים יכולת סיבוב ומקצרים את חיי המוצר.
יסודות המיסב הכדורי
למאווררים עם מיסב כדורי (איור 2) יש בדרך כלל שתי טבעות של כדורי פלדה קטנים המקיפים את המוט, אחד קרוב יותר לרוטור מאשר האחר. טבעת קפיץ מפרידה ביניהם בלחיצה. מערך זה מסייע להתגבר על בעיות של תנודת הרוטור ובלאי לא אחיד שיש כאשר משתמשים במיסבי שרוול. הסיבה לכך היא שמשקלו של הרוטור מונח על המיסב הכדורי הקרוב ביותר לרוטור עצמו, אך הקפיצים עוזרים לקזז כל הטיה שעלולה להתרחש כתוצאה מכוח הכבידה הנמשך על הרוטור. המשמעות היא שניתן להשתמש במאוורר בכל זווית, ולכן זוהי בחירה מעולה להתקנים ניידים. משמעות נוספת של הפחתת הבלאי היא שהזמן הממוצע בין כשלים (MTBF) יהיה בדרך כלל גדול יותר בעיצוב המבוסס על מיסב כדורי מאשר כזה בגרסת שרוול.
איור 2: תרשים של מיסב כדורי מאוורר טיפוסי
בעוד שמיסבים כדוריים מפחיתים את מידת החיכוך שיש להתגבר עליה להפעלה ותפעול מנוע המאוורר, הם יקרים יותר, רועשים יותר, מורכבים יותר ופחות עמידים מאשר מיסבי שרוול.
מערכת omniCOOL™: לגשר על הפער
כדי למזער את הצורך לעשות וויתורים במפרט של מאוורר, מערכת OmniCOOL ™ של CUI (איור 3) מבקשת לגשר על פער עלות – ביצוע על ידי שילוב שני מרכיבים מרכזיים בעיצוב המאוורר: מבנה איזון רוטור מגנטי ומיסב שרוול משופר.
איור 3: תרשים של מערכת OmniCOOL ™ של CUI
הודות למבנה המגנטי, הרוטור הופך למעשה לראש מסתובב שלא נופל לעולם ויכול לעבוד בכל זווית. הסיבה לכך היא שהמבנה המגנטי של המערכת ממוקם מול הרוטור ומושך אותו באופן אחיד, לא משנה באיזו זווית המאוורר פועל.
מכסה תומך בקצה המוט שומר אותו במקום, יוצר את הנקודה שהרוטור מסתובב סביבה, ממש כמו במכסה ספינינג.
גישה זו, תוך שימוש במבנה המגנטי, מאפשרת מצב בו משקל הרוטור אינו מועמס על ידי מיסב השרוול, אלא נישא על ידי כוחות מגנטיים, אשר משהים את הרוטור באוויר. זה מפחית את החיכוך בין החלק הפנימי של המיסב והמוט. זה גם מקטין את ההטיה והתנודה שיש כאשר משתמשים במיסב שרוול רגיל.
למרות שהמבנה המגנטי מפחית משמעותית את המגע בין החלק הפנימי של המיסב ומוט הסיבוב, מערכת omniCOOL כוללת בנוסף שרוול קשיח מיוחד שנועד לספק עמידות טובה יותר לשחיקה שעדיין עלולה להתרחש. עיצוב משופר זה של מיסב השרוול מספק גם עמידות לחום עד לטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס, הרבה מעבר למידת העמידות של מיסבי שרוול. בבדיקות שנערכו נמצא שמיסב משופר וקשיח זה צפויים חיים תפעוליים ארוכים משמעותית ממיסב שרוול רגיל – 3.2 פעמים יותר ב-70 מעלות צלזיוס ועד ל- 5.5 פעמים יותר בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס (איור 4).
איור 4: השוואת צפי אורך חיים בין מיסב שרוול רגיל ומערכת omniCOOL
הבדל מרכזי נוסף בין המיסב המשופר של מערכת omniCOOL למיסב השרוול הסטנדרטי הוא היעדר טבעות שמן ושוטפי Mylar. בשל השימוש בכוחות מגנטיים להפחתת שחיקה, אין צורך בחומר סיכה ולכן ניתן להסיר רכיבים אלו. הדבר מפחית את החיכוך, אשר בתורו מפחית את מידת הרעש וכמות האנרגיה הדרושה כדי להתחיל לסובב את המנוע. בנוסף המשמעות היא שהגזים שנוצרו על ידי החיכוך מסוגלים להתאדות למקום להתגבש וליצור חסימות במיסב.
חלופה חדשה לעיצוב מאווררים מסורתי
השילוב של טכנולוגיות שנמצאות במערכת omniCOOL מאפשר לגשר על הפער בין מיסבי השרוול למיסבים הכדוריים, ומספק מאוורר שקט, חזק, לשימוש ארוך טווח, המתאים לשימוש בכל זווית וחסכוני יותר מאשר עיצובים של מיסבים כדוריים. עבור מהנדסים, המערכת מספקת חלופה חדשה לקירור ציוד אלקטרוני ללא הצורך בוויתורים כפי שהיה בעבר.
