JP2008160962A - High-temperature operation motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント回路基板(PCB)に搭載したモータドライバなどのICから発する熱を効率よく放熱することにより高温環境下でのICの正常動作を可能にした高温動作モータに関する。 The present invention relates to a high temperature operation motor that enables normal operation of an IC in a high temperature environment by efficiently radiating heat generated from an IC such as a motor driver mounted on a printed circuit board (PCB).
従来より高い環境温度下(105°C) でファンモータを使用したいという要請がある。この要請に答えるためには環境温度105°Cで、モータドライバ用ICが正常に動作しなくてはならない。モータドライバ用ICを高温で正常に動作させるためには、ICのジャンクション温度上昇を抑える必要がある。
図8,図9に従来のファンモータの構造を示す。
基部8に軸受ハウジング10が固定され、軸受ハウジング10の外周にコイル6が取り付けられている。上ヨーク2がコイル13の上面および外周面を覆うように、下面ヨーク3がコイル13の下面を覆うようにそれぞれ配置されている。
There is a demand to use a fan motor at a higher ambient temperature (105 ° C) than before. In order to answer this requirement, the motor driver IC must operate normally at an environmental temperature of 105 ° C. In order for the motor driver IC to operate normally at a high temperature, it is necessary to suppress an increase in the junction temperature of the IC.
8 and 9 show the structure of a conventional fan motor.
A bearing housing 10 is fixed to the base 8, and a coil 6 is attached to the outer periphery of the bearing housing 10. The upper yoke 2 is disposed so as to cover the upper surface and the outer peripheral surface of the
PCB41は軸受ハウジング10の外周に嵌合され、かつ、基部8の下面と上ヨーク2の上面に挟まれた状態で配置されている。有底円筒形状のロータ部4の内壁にマグネット5が取り付けられ、ロータ部4の中央に固定されたシャフト15は、軸受ハウジング10内の軸受け7に回転可能に嵌挿されている。
PCB41の上面にはPCBパターン42が形成され、パターン42のランド間にモータドライバなどのIC11がハンダ付けにより接続されている。この他にドライブ回路を構成する電子部品が搭載されている(図示されていない)。
The PCB 41 is fitted on the outer periphery of the bearing housing 10 and is disposed between the lower surface of the base portion 8 and the upper surface of the upper yoke 2. A magnet 5 is attached to the inner wall of the bottomed cylindrical rotor portion 4, and a shaft 15 fixed to the center of the rotor portion 4 is rotatably fitted into a bearing 7 in the bearing housing 10.
A
このモータにおけるIC11から発する熱はICピン12やICピン12がハンダ付けされている電子部品搭載側のパターン(銅)から熱が放出される構造となっている。この構造は従来の環境温度(80°C前後以下)では、放熱効果について問題は生じることはなかった。しかしながら、80°C以上の高温環境下で(例えば105°C)で用いるには、IC内部のジャンクション温度が使用限界を越え、ICが正常に動作しないという問題がある。
The heat generated from the
基板に搭載される電子部品の発熱を放出する機構を取り付けたモータ構造としては、特許文献1および2が提案されている。
特許文献1は、直流ブラシレスモータの駆動ICをステータから露出させ、放熱板を取り付けたもので、駆動IC(電子部品)に対する冷却の構造を開示するものである。
また、特許文献2のファン構造は、基板の一面に発熱素子を搭載する回路エレメント領域と放熱膜を有し、回路エレメント領域の周囲付近に発熱素子を配置し、放熱膜を利用して放熱するように構成したものである。
Patent Document 1 discloses a structure for cooling a drive IC (electronic component) in which a drive IC of a DC brushless motor is exposed from a stator and a heat sink is attached.
In addition, the fan structure of Patent Document 2 has a circuit element region and a heat dissipation film on which a heat generating element is mounted on one surface of the substrate, disposes the heat generating element near the circuit element region, and dissipates heat using the heat dissipation film. It is comprised as follows.
しかしながら、特許文献1は、駆動用P板に搭載した駆動ICの露出させた放熱部にビスを用いて放熱板を取り付ける構造であり、高温環境下で多数の電子部品を効率的に放熱できる構造とは考えられず、しかも放熱が必要な半導体素子の数だけ取り付け構造を設けなければならないという問題がある。
また、特許文献2は、発熱素子の一部を回路エレメント領域より外側に突出させて発熱素子の一部に連結した構造にしなければならないため、複数存在する電子部品それぞれについて放熱膜に達するような配置にしなければならず、各電子部品の配置に制約を受け、高温環境下でICを正常に動作させるための冷却構造が複雑になるという問題がある。
However, Patent Document 1 is a structure in which a heat radiating plate is attached to the exposed heat radiating portion of a driving IC mounted on a driving P plate using screws, and a structure capable of efficiently radiating a large number of electronic components in a high temperature environment. In addition, there is a problem that mounting structures must be provided as many as the number of semiconductor elements that require heat dissipation.
Further, since Patent Document 2 must have a structure in which a part of the heat generating element protrudes outside the circuit element region and is connected to a part of the heat generating element, the plurality of electronic components each reach the heat dissipation film. There is a problem that the cooling structure for operating the IC normally in a high temperature environment becomes complicated due to restrictions on the arrangement of each electronic component.
本発明は上記状況に鑑み成したもので、その目的は、80°以上の高温環境下で使用してもPCBに搭載されるIC内部のジャンクション温度が使用限界を越えることのない高温動作モータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a high-temperature operating motor in which the junction temperature inside the IC mounted on the PCB does not exceed the use limit even when used in a high-temperature environment of 80 ° or more. It is to provide.
前記目的を達成するために本発明の請求項1は、モータ駆動用の電子部品を搭載したプリント回路基板を、内部にコイルを有するヨーク上に搭載した構造のファンモータにおいて、前記プリント回路基板の反対面(下面)に放熱パターンを形成し、該プリント回路基板の電子部品搭載側パターンと前記放熱パターンとをスルーホールによって熱結合し、前記電子部品が発する熱を前記放熱パターンからも放熱することを特徴とする。
本発明の請求項2は請求項1記載の発明において前記プリント回路基板反対面の放熱パターン上に放熱板を熱結合したことを特徴とする。
本発明の請求項3は請求項1または2記載の発明において前記プリント回路基板の電子部品搭載側パターン上に放熱板を熱結合したことを特徴とする。
本発明の請求項4は請求項2または3記載の発明において前記プリント回路基板反対面の放熱パターンの形状を基板の外形寸法より大きく形成し、放熱パターンのはみ出た部分にファンの風を当てることにより、放熱特性を向上させたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, claim 1 of the present invention provides a fan motor having a structure in which a printed circuit board on which electronic components for driving a motor are mounted is mounted on a yoke having a coil therein. A heat radiation pattern is formed on the opposite surface (lower surface), the electronic component mounting side pattern of the printed circuit board and the heat radiation pattern are thermally coupled by a through hole, and the heat generated by the electronic component is also radiated from the heat radiation pattern. It is characterized by.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a heat radiating plate is thermally coupled to the heat radiating pattern on the opposite surface of the printed circuit board.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a heat sink is thermally coupled to the electronic component mounting side pattern of the printed circuit board.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the second or third aspect, the shape of the heat radiation pattern on the opposite surface of the printed circuit board is formed larger than the outer dimension of the board, and the wind of the fan is applied to the protruding portion of the heat radiation pattern. Thus, the heat dissipation characteristics are improved.
上記構成によれば、PCBの上下面に十分な放熱面積を確保でき、IC内部のジャンクション温度の上昇を抑えることができ高温動作モータを実現できる。 According to the above configuration, a sufficient heat radiation area can be secured on the upper and lower surfaces of the PCB, an increase in the junction temperature inside the IC can be suppressed, and a high temperature operation motor can be realized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図1は本発明による高温動作モータの実施の形態を示す断面図である。
この実施の形態におけるロータ部4,ヨーク2,3,マグネット5,シャフト15,軸受け7,軸受ハウジング10および基部8は図8の構成と異なるところはないのでこれら部分の説明は省略する。
PCB13の上面にはIC11などの電子部品を搭載するためのPCBパターン14が設けられている。また、PCB13の反対面には放熱パターン17が形成されている。PCB13の上面のPCBパターン14と反対面の放熱パターン17はスルーホール16により熱的に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a high temperature operation motor according to the present invention.
Since the rotor part 4, the yoke 2, 3, the magnet 5, the shaft 15, the bearing 7, the bearing housing 10, and the base part 8 in this embodiment are not different from the configuration of FIG. 8, description of these parts is omitted.
A
図2は、図1の高温動作モータのPCBの放熱を説明するための部分断面図である。
IC11から発熱した熱はICピン12から直接一部の熱が放熱され、残りの熱は、ICピン12を導してPCB13の反対面のPCBパターン14に伝達する。また、スルーホール16を介してPCB13の反対面の放熱パタンー17のすべてにも伝達し、IC11が発熱した熱は基板上面と下面のそれぞれのパターンから放熱される。
このようにPCB13を両面パターン基板とし、電子部品(IC)実装面とは反対面のパターンと、電子部品実装面のパターンを、スルーホールで熱的に結合させた構造にすることにより放熱面積を増加させ、高温環境下でのジャンクション温度を使用限界以下に抑えることができる。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining the heat radiation of the PCB of the high temperature operation motor of FIG.
A part of the heat generated from the
In this way, the
図3は、本発明による高温動作モータの基板部分の第2実施の形態を示す部分断面図である。
この実施の形態は下側PBC13の下面の放熱パターン17上に熱結合部材19を介して熱伝導性の良好な下面放熱板(AL,Cu等)18を設けたものである。
上記図2の構造に加えて電子部品実装面のパターンと反対面に、熱伝導性の良好な下面放熱板18を熱的に結合させて、さらに放熱効果の増加を図っている。
FIG. 3 is a partial sectional view showing a second embodiment of the substrate portion of the high temperature operation motor according to the present invention.
In this embodiment, a lower surface heat radiation plate (AL, Cu, etc.) 18 having good thermal conductivity is provided on a
In addition to the structure shown in FIG. 2, a lower surface heat radiation plate 18 having good thermal conductivity is thermally coupled to the surface opposite to the pattern of the electronic component mounting surface to further increase the heat radiation effect.
図4は本発明による高温動作モータの基板部分の第3実施の形態を示す部分断面図である。
この実施の形態はPCB13の上面のPCBパターン14の一部に熱結合部材21を介して上面放熱板20を設けたものである。
上記図2の構造に加えて電子部品実装面のパターンの上に熱伝導性の良い材料が上面放熱板20を熱的に結合させることによっても、さらなる放熱効果の向上を図っている。
図5に放熱パターン17と下面放熱板18の間の熱結合部材19の例を示す。
熱結合部材19としてハンダ,サーマルグリス,サーマルコンパウンド等が用いられる。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a third embodiment of the substrate portion of the high temperature operation motor according to the present invention.
In this embodiment, an upper surface heat sink 20 is provided on a part of the
In addition to the structure of FIG. 2 described above, the heat radiation effect is further improved by thermally bonding the upper surface heat sink 20 with a material having good thermal conductivity on the pattern of the electronic component mounting surface.
FIG. 5 shows an example of the heat coupling member 19 between the
Solder, thermal grease, thermal compound or the like is used as the thermal coupling member 19.
図6は、PCB上下面を熱的に結合するスルーホールに代わる部材の例を説明するための部分断面図である。
応用例としてスルーホールでなく、PCBに孔を設けておき、針金等の金属片22をハンダで上面のパターンと下面のパターンを接続しても、本発明と同等の効果を得ることができる。
図7は、放熱基板の放熱方法の一例を説明するための部分断面図である。
PCB31の電子部品30の搭載面とは反対側の面に設ける放熱板32の外形の寸法をPCB31の外形より大きくし、この放熱板32の外周部にファン33からの空気流れを当てるようにしたものである。これによりさらに放熱性を高めることができる。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining an example of a member that replaces the through hole that thermally couples the upper and lower surfaces of the PCB.
As an application example, an effect equivalent to that of the present invention can be obtained even if a hole is provided in a PCB instead of a through hole, and a metal piece 22 such as a wire is connected to an upper pattern and a lower pattern with solder.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view for explaining an example of a heat dissipation method of the heat dissipation substrate.
The size of the outer shape of the
以上のような構成にすることによりモータドライバICの内部温度上昇を低減させ、ICの使用温度範囲の上限を従来よりも上昇させることができた。
本件出願人は、ステータヨークの直下に、放熱性の良い金属板をつけることにより、ステータヨークと接触するコイルの温度上昇を低減し、軸受温度を低下させる放熱板付ファンモータの発明を提案している(特願2005−329191)。
この提案のモータのステータヨークに、本発明における電子部品実装面と反対側の面のパターンを熱的に結合するか、または熱伝導性の良い材料を介して結合することによりICの内部の温度上昇とコイル温度上昇を同時に抑えることができる。
With the above configuration, the internal temperature increase of the motor driver IC can be reduced, and the upper limit of the operating temperature range of the IC can be increased more than before.
The present applicant has proposed an invention of a fan motor with a heat sink that reduces the temperature rise of the coil in contact with the stator yoke and lowers the bearing temperature by attaching a metal plate with good heat dissipation directly under the stator yoke. (Japanese Patent Application No. 2005-329191).
The internal temperature of the IC can be obtained by thermally bonding the pattern of the surface opposite to the electronic component mounting surface of the present invention to the stator yoke of the proposed motor or by bonding it with a material having good thermal conductivity. The rise and coil temperature rise can be suppressed simultaneously.
温度の高い環境下で用いることができるファンモータである。 This is a fan motor that can be used in a high temperature environment.
1 モータ
2 上ヨーク
3 下ヨーク
4 ロータ部
5 マグネット
6 コイル
7 軸受け
8 基部
9 ファン
10 軸受ハウジング
11 IC(集積回路)
12 ICピン
13 プリント回路基板(PCB)
14 PCBパターン
15 シャフト
16 スルーホール
17 放熱パターン
18 下面放熱板
19,21 熱結合部材
20 上面放熱板
1 Motor
2 Upper yoke 3 Lower yoke
4 Rotor part
5 Magnet
6 Coil 7 Bearing 8 Base 9 Fan 10
12
14 PCB pattern 15
Claims (4)
前記プリント回路基板の反対面に放熱パターンを形成し、該プリント回路基板の電子部品搭載側パターンと前記放熱パターンとをスルーホールによって熱結合し、前記電子部品が発する熱を前記放熱パターンからも放熱することを特徴とする高温動作モータ。 In a fan motor having a structure in which a printed circuit board on which electronic components for driving a motor are mounted on a yoke having a coil inside,
A heat dissipation pattern is formed on the opposite surface of the printed circuit board, the electronic component mounting side pattern of the printed circuit board and the heat dissipation pattern are thermally coupled by a through hole, and the heat generated by the electronic component is also dissipated from the heat dissipation pattern. A high-temperature operating motor characterized by
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CN106655593A (en) * | 2016-12-08 | 2017-05-10 | 浙江嘉熙科技有限公司 | Phase-change inhibition cooling plate-based motor |
JP2017085817A (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 株式会社豊田自動織機 | Power converter |
WO2023157130A1 (en) * | 2022-02-16 | 2023-08-24 | 三菱電機株式会社 | Electrical equipment module |
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2006
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