专利名称：增加用于电子机箱的空气入口/出口的尺寸的制作方法
增加用于电子机箱的空气入口 /出口的尺寸
相关申请
本申请基于35 U.S.C.119要求于2006年3月20日递交的、题为 "increasing air inlet/outlet size for electronics chassis，，的No. 60/743,582的美 国临时申请的优先权，该申请以其全部内容合并于此。
背景技术：
诸如电信设备这样的现代电子设备通常接纳在壳体或机箱中。机箱可具 有许多功能，包括提供对内含物的结构支承、提供共用的电学地电位、提供 针对电磁干扰(EMI)的保护等等。
对于许多应用场合来说(例如电信中心、服务器集成(server farm )等)， 通常的实践是将多个独立的电子机箱堆叠在专门的架子中。此外，多个架子 以并排的方式布置。这些布置允许减少容纳多个这种电子机箱所需的空间。
在一些行业中，标准组织已经公布了针对一些类型的电子机箱的规范。 这种纟且织的 一 个例子是PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG)，且这种规范的一个例子是PICMG 3.0 Rev. l.O或进一步的更新 片反本，更7>知的是Advanced Telecom Computing Architecture ( ATCA)头见范。
伴随更多的其它需求，ATCA规范规定了壳体中的背板的机械构造、保 持在壳体中且电连接至该背板的电路板(称为刀片(blade))的数量、尺寸 和相对间隔。ATCA规范还规定了为刀片设置的电路地线的特征，以及用于 壳体的冷却和空气过滤要求。
尽管ATCA已经提供了对标准化部件接口和可操作性的显著改善，但是 一些设计规范已经不能适应电子板的处理速度和密度的增长。例如，被机箱 容纳的设备的处理速度已经增长得比ATCA所预期的更快了。此外，速度和 耗电量之间存在直接关系；处理器速度越快则处理器的耗电量越高。因而， 处理速度和/或电子设备密度的持续增长导致对ATCA机箱更大的散热量的 需求。
针对该背景，开发了本发明。
发明内容
有鉴于以上，本文提出各种系统和方法(即效用)用于改善流过电子机
箱的空气流动，该机箱包括但不限于ATCA机箱。通常，机箱的第 一表面(例 如前表面)的下部可包括空气入口，且机箱的相对表面(例如后表面)的上 部可包括空气出口。在这种结构中，机箱的前表面的上部可被截切( truncated )， 以改善进入空气入口的空气流动，该空气入口位于设置在被截切的机箱顶部 上的才几箱的前表面和底表面上。
在第一方面中，电子机箱被提供用于容纳多个电路板，该机箱允许增加 向其敞开的空气入口的尺寸。壳体包括四个垂直侧壁，侧壁包括第一和第二 侧向侧壁、后壁和前壁。这些壁限定了壳体的内部，该壳体的内部包括上充 气部(plenum )、下充气部和在所述充气部之间的用于接纳多个电子板的部 分。顶壁在由四个垂直侧壁限定的区域的一部分上方延伸。在这点上，顶壁 可形成上充气部的上表面。为了增加空气入口的尺寸，顶壁不在由四个垂直 侧壁限定的整个区域上方延伸。确切地说是，连接壁在顶壁和前壁之间延伸， 其中该连4妄壁至少部分地与顶壁和前壁二者横交(transverse )。
顶壁可在由四个垂直侧壁限定的区域的一部分上方延伸。例如，顶壁可 从后壁朝向前壁延伸。在这种结构中，连接壁可在顶壁的边缘和前壁的边缘 之间延伸。在一种结构中，连接壁可以是平表面。在另一结构中，连接壁可 以是弯曲表面。在一种结构中，顶壁可以为大致水平的(即相对于垂直侧壁 来说)表面。此外，顶壁可与侧向侧壁和/或后壁的顶边缘共形。替换地，顶 壁可"^殳置为与这些壁的顶边缘具有一预定距离。侧向侧壁可大致在前壁和后
缘。a 、 八。 、， 、 、
机箱可包括一个或多个风扇单元，该风扇单元净皮用来将空气移送通过机 箱。在一个结构中， 一个或多个风扇单元可设置为邻近在上充气部中的空气 出口。这种风扇单元被竖直地设置，以使得它们大致平行于由侧壁限定的垂 直表面。在另一结构中， 一个或多个风扇单元可^皮设置在壳体内电子插件上 方的上充气部中。在这种结构中，风扇单元可水平地设置(即垂直于垂直侧 壁)。在其它的结构中，风扇单元可被垂直地和/或水平地i殳置在下充气部中。 在一种结构中，机箱没有底壁。在这点上，当没有底壁的机箱设置在另一机箱(例如具有被截切的上充气部)顶部上时，则没有底壁阻碍空气流动 进入机箱。
根据另一方面，提供一种电子机箱。该机箱包括四个垂直侧壁，这些侧 壁包括第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁。空气出口设置为穿过后壁。顶壁 在侧向侧壁之间以及在前壁和后壁之间延伸。顶壁以相对于侧向侧壁的顶边 缘的第一距离连接至后壁并以相对于侧向侧壁的顶边缘的第二距离连接至 前壁。在该结构中，第二距离大于第一距离。在这点上，顶壁在顶壁互连至 相对壁(即前壁)的位置上方的位置处互连至具有空气入口的壁(即后壁)。 即，顶壁的一端低于顶壁的另一端。
在一种结构中，顶壁在前壁和后壁之间倾斜。因而，该倾斜表面可以是 平表面。在该结构中，顶壁的下端可设置额外的空间以允许增加设置在顶壁 上方的机箱的空气入口开口的尺寸。在另一结构中，顶壁包括连接至后壁的 第一部分和连接至前壁的斜切部分。该第一部分和斜切部分可限定横交的表 面。在这点上，第一部分例如可形成水平表面且斜切部分可限定一成角度的、 弯曲的或其它的表面，该表面在顶壁的第一部分和前壁之间延伸。再次，机 箱可没有底壁。
根据另一方面，电子机箱用于容纳多个电子板。机箱包括包壳，该包壳 具有第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁。机箱还包括上充气部和下充气部。
下充气部设置在包壳下方，且上充气部设置在包壳上方。下充气部包括在与 包壳的前壁相关联的前表面上的空气入口，且上充气部包括在与后壁相关联 的后表面上的空气出口。上充气部还包括侧表面、与包壳的前壁相关联的斜 切表面以及在后表面和斜切表面之间延伸的顶表面。
斜切(chamfered)表面通常与前壁和顶表面二者横交。在这方面，侧表
成。替换地，这些表面可与包壳的壁分离地形成。
相关技术的前述例子和与之有关的限制意图是示意性的而非排它性的。 在阅读说明书和研究附图时相关技术的其它限制对本领域技术人员来说将 变4寻明显。
参考附图对示例性实施例进行阐述。意图是本文披露的实施例和附图应被认为是示例性的而非限制性的。
图1是已有技术的一对堆叠式电子机箱的部分的侧面剖视图。
图2是堆叠式电子机箱的部分的侧面剖视图，限定了具有增加尺寸的空
气入口 。
图3是图2的堆叠式机箱的透4见图。
图4是堆叠式电子机箱的另一实施例的部分的侧面剖视图，限定了具有 增加尺寸的空气入口。
图5是堆叠式电子机箱的另一实施例的部分的侧面剖视图，限定了具有 增加尺寸的空气入口。
图6是堆叠式电子机箱的另一实施例的部分的侧面剖视图，限定了具有 增加尺寸的空气入口。
图7是堆叠式电子机箱的另一实施例的部分的侧面剖视图，限定了具有 增加尺寸的空气入口。
具体实施例方式
现将参考附图，这些附图有助于阐述本发明的各种相关特征。尽管本发 明初步地结合电子机箱来描述，但是应清楚地理解本发明可应用于实现本文 所涵盖的发明目的所需的其它应用情况。为此，电子机箱的以下描述用于阐 述和说明的目的。进而，描述的意图不是将本发明限制为本文所披露的形式。 因此，与以下教导以及相关领域的技术和知识相当的变化例和修改例落入本 发明的范围内。本文所述的实施例进一步的意图是解释实施本发明所公知的 模式，以及使得本领域技术人员以这种或其它实施例以及本发明的特定应用 (一种或多种)或使用(一种或多种)所需的各种修改例来利用本发明。 图1至7分别示出了示例性电子机箱IO的截面侧视图和透视图。通常， 机箱IO符合ATCA规范且包括具有四个垂直侧壁的包壳，所述侧壁容纳多 个电子板或"刀片"。例如见图3。具体地，^L箱10包括前壁12、后壁14、 两个侧向侧壁16以及顶壁18。机箱10由任何合适的材料构成，包括但不限 于塑料、钢和铝。此外，机箱10的实体尺寸也可根据特定使用和/或机箱具 体规范来改变。
机箱10典型地容纳多个电子电路插件，也称为刀片。例如，机箱可容 纳多个刀片50(例如十六个刀片)，所述刀片以平行的方式设置且在机箱10内从前壁18朝向机箱10中的背板8延伸，该背板与后壁14间隔开(见图2 和3)。在另一种尺寸中，刀片通常从下充气部32的顶部垂直地延伸到上充 气部42的底部。此外，可以理解刀片50相对于彼此间隔开，以使得空气会 在每个独立的板之间流动，以用于冷却的目的。但是，可以理解的是机箱10 的确切构造可随应用情况而变化。
机箱10中的刀片在运行过程中产生热量且被流过机箱IO的空气冷却。 在一些情况下，这种气流会由于电子机箱10中的自然对流而产生。更平常 的是， 一个或多个风扇单元60被用来将空气移送通过电子机箱，用于冷却 目的。在这点上，风扇单元60可运转成将外界空气移送通过入口 30、进入 下充气部32、通过一个或多个过滤器20、垂直地在刀片之间进入上充气部 42并排出机箱10。由于空气经过在刀片上的部件，所以热量被带走。通常， 下充气部32包括倾斜过滤器20,该过滤器运转为至少部分地让气流沿着刀 片的长度分布，以获得更均匀的气流。
应注意，ATCA机箱10包括具有前壁12、后壁14和一对侧向侧壁16 的壳体，这些壁尺寸为能容纳多个电信电路板/插件/刀片。还包含在壳体中 的可以是用于电源接口 ( power interface )和分配、用于风扇控制和用于管理 壳体中所有其它电路的电路。这是堆叠多个机箱的通常实施情况，以减小容 纳多个这种机箱所需的空间量。此外，应注意多套堆叠式机箱可并排设置。 通常，用于让出于冷却目的的空气进入和排出的可用表面仅仅是各个电子机 箱的前壁和后壁。
图1示出了一对已有技术的机箱10a和10b (通常称为机箱10，除非特 别指明)，所述机箱彼此堆叠到另一个上。具体地，为了图示的目的图1示 出了截面侧^L图。如图所示，风扇单元60运转为将空气曳入通过^l箱。如 图所示，外界空气在底壁19或"隔板"附近通过入口 30进入机箱10,该入 口具有格栅。空气进入下充气部32、向上转过90度、穿过刀片50并在刀片 50之间流过、进入上充气部42、再次转过90度并流过风扇单元60 ( —个或 多个)、并从机箱IO排出。在所示实施例中，下充气部32包括倾斜的过滤 器20，该过滤器运转为至少部分地沿刀片50的长度分配气流，以获得更均 匀的气流。
如图所示，上机箱10a的空气入口 30具有最大的高度尺寸H，其在前 壁12的下边缘与机箱10a的底壁19和/或设置在紧下方的下机箱10b的顶壁18之间测量的。应理解，该高度H被乘以机箱10a的宽度W，限定了空气 入口 30的截面面积。该截面面积限制了会被曳入机箱10a中的气流量。
因而，所需的是增加空气入口的截面面积，以便有助于改善流过机箱的 气流并由此提供改善的冷却。即，较大的空气入口会降低气流穿过的阻力并 由此改善对设置在机箱内的刀片的冷却。但是，应理解在许多情况下，如果 需要减小前壁12的尺寸的话，不适于增加入口 30的尺寸。即，前壁12的 下边缘通常至少延伸到下充气部32的顶边缘。在这点上，通常前壁12、后 壁14和侧向侧壁16典型地在才几箱IO的包括刀片50的一部分上方连续。即， 这些壁在上、下充气部32、 42之间限定出连续壳体。这允许前壁12和后壁 14以及侧向侧壁16提供EMI防护以及提供包壳，其中， 一个或多个风扇单 元60通过该包壳引导气流用于冷却目的。即，不适于升高前壁12的下边缘 且不希望(或被一种或多种标准允许)增加机箱的总体尺寸来增加空气入口 的尺寸。因而，已经开发出另一种技术来增加入口的尺寸。
具体地，由于第一和第二堆叠式机箱10a和10b共同限定了上机箱10a 的空气入口 30,所以可以确定上充气部42和/或才几箱顶壁和前壁的一部分可 被去除以增加空气入口的尺寸。即，机箱10a的上前壁12和/或顶壁18可被 部分地截切并通过连接壁连接(例如锥形和/或斜切壁)。这可结合上机箱的 底壁19的去除和/或切除来执行。在这点上，至少一部分底壁被去除的上机 箱10a可设置在下机箱10b的截切/斜切部分上方。因而，这允许有效地增加 上机箱10a的空气入口 30的尺寸。
图2示出了堆叠在4皮此顶部上的一对机箱10a和10b，其中每个机箱包 括具有截切部分(例如截切的前壁和顶壁)的上充气部42,允许设置在上方 的机箱的空气入口 30尺寸增加。如可看到的，每个机箱10包括位于其下前 部的空气入口和形成在其后部的空气出口。进而，每个机箱10包括具有斜 切部分的顶壁18。每个机箱还具有设置在进入充气部附近以倾斜角度设置的 空气过滤器20。此外，每个机箱IO还包括一排设置在其空气出口附近的一 个或多个风扇单元60。应理解，风扇单元通过空气出口排出空气且由此曳入 新鲜空气通过空气入口 30、通过空气过滤器20并进入壳体内部，在该壳体 内部空气从其中的各种电子电路带走热量。空气随后进入上充气部42并通 过空气出口^皮风扇排出。
通过将机箱10b的上充气部42的一部分去除来增加空气入口的尺寸。
10即，下机箱10b的一部分被去除，以便增加上机箱10a的空气入口 30的尺 寸。如图所示，在这种结构中，前壁12的顶边缘没有到达侧向侧壁16的上 边缘。同样，机箱10的顶壁18在比被前壁、后壁和侧向侧壁16的平面凸 出的所有部分少的一部分上方延伸。在这点上，顶壁18可具有大致水平的 部分/表面18a和斜切的部分/表面18b。这种斜切的部分18b可在顶壁18的 水平部分18a和前壁12的顶边缘之间延伸。应注意，侧向侧壁16没有斜切。 在这点上，侧壁16可在由前壁12和后壁14限定的平面之间提供连续的支 承表面，用于支承上机箱10a的下边缘。
为了增加空气入口的尺寸，机箱IO还可没有底壁。替换地，机箱可包 括底壁、该底壁延伸的范围小于由前壁、后壁和侧向侧壁16限定的凸出区 域的整体。例如，底壁可被并入为大致匹配顶壁19的水平部分18a。
通过观察图2和3可见，空气入口的尺寸通过在下机箱10b上包括斜切 /截切部分和在上机箱10a上去掉相应的底壁而被极大地增加。例如，如图2 所示，空气入口 30的最小截面尺寸由顶壁18的斜切部分18b的表面和上机 箱的前壁12的下边缘之间测得的距离L限定。如图所示，该距离L显著地 大于图1和2所示的相应高度H。因而，由于长度L相关于现有空气入口的 高度H可显著地增加，所以空气入口的截面面积可4及大地增加。
如图2、 4和5示出了机箱的不同实施例，其中风扇单元(一个或多个) 60设置在机箱IO中的不同位置处。例如，在图2中，风扇单元60以垂直关 系设置在机箱IO的排出出口附近。在图4中， 一个或多个风扇单元60水平 地放置在上充气部42中并在机箱含有刀片50的部分上方。在图5的进一步 实施例中，风扇单元60设置在下充气部32中并在设置于机箱10内的刀片 50的下方。在这些不同的结构中，风扇单元60运转为曳入和/或排出(push) 空气通过机箱10。此外，可取的是不同的机箱可采用这些风扇结构的不同组 合。此外，这些风扇结构可包括在标题为"Airflow Management System for Electronics Chassis" 、 2006年5月12日提交的美国专利申请No. 11/383,153 中所述的结构形式，该申请的全部内容合并于此，作为参考。
如上所述，顶壁18的斜切部分允许用于设置在该处上方的机箱的空气
入口的截面面积增加。如上所述，斜切部分18b用带角度的表面形成，该表
面互连到顶壁的水平部分18。但是，可取的是具有斜切部分的顶壁的其它实
施例也是可以的且落入本发明的范围内。例如，图6示出了具有水平部分18a和弯曲斜切部分18b的顶壁18。图7示出了机箱的另一实施例，其中顶壁 18在机箱10的后壁和前壁之间是倾斜的。在该实施例中，顶壁不包括水平 部分。但是，使用倾斜的顶壁18再次允许用于设置在该处上方的机箱的空 气入口截面面积的增加。在这点上，可取的是任何允许设置在其上方的机箱
的空气入口截面面积增加的顶壁构造^皮^L为落入本发明的范围内。进一步可 取的是图6和7的构造也可利用如图2至图3所示的任何合适的风扇构造以 及额外的和/或不同的构造。
所有在本文中讨论的技术的任何其它组合也是可以的。这可以包括但不 限于在后部具有入口和在前部具有出口、在空气出口附近采用倾斜和弯曲表 面以增加空气流动、并具有底壁而不具有顶壁。
前述描述用于阐述和说明的目的。进而，该说明并不能将本发明限于本 文中所披露的形式。尽管是许多示例性的方面和实施例已被如上地披露，但 是本领域技术人员应能想到特定的改变、修改、置换、增加及其子组合。因
此意图是所附权利要求和所提到的权利要求应被理解为在它们的真实精神 和范围内包括所有这种改变、修改、置换、增加和子组合。
权利要求
1、一种用于容纳多个电子板的电子机箱，包括具有四个垂直侧壁的壳体，这四个侧壁包括第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁，其中，所述壳体的内部包括上充气部、下充气部和设置在所述充气部之间的、用于接纳多个电子板的部分；顶壁，在由所述四个垂直侧壁限定的区域的一部分上方延伸；和连接壁，在所述顶壁和所述前壁之间延伸，其中，所述连接壁至少部分地与所述顶壁和所述前壁二者横交。
2、 如权利要求1所述的机箱，其中，所述连接壁在所述顶壁的后向边 缘和所述前壁的顶边纟彖之间延伸。
3、 如权利要求1所述的机箱，其中，所述连接壁的至少一部分是平表面。
4、 如权利要求1所述的机箱，其中，所述连接壁的至少一部分是弯曲 表面。
5、 如权利要求1所述的机箱，其中，所述连接壁形成所述上充气部的 一部分。
6、 如权利要求1所述的机箱，其中，所述顶壁包括水平部分，该水平 部分一皮-i殳置为大致垂直于由所述垂直側壁限定的平面。
7、 如权利要求l所述的机箱，还包括空气出口 ，延伸穿过所述后壁的限定了所述上充气部的一部分。
8、 如权利要求7所述的机箱，还包括至少第一风扇单元，设置在所述上充气部中靠近所述空气出口，其中， 所述风扇单元处于垂直方位。
9、 如权利要求7所述的机箱，还包括至少第一风扇单元，-没置在所述上充气部中，其中，该风扇单元水平地 设置，以曳入空气使其经过设置在所述上充气部和所述下充气部之间的电子 插件。
10、 如权利要求7所述的机箱，还包括 至少第一风扇单元，设置在所述下充气部中。
11、 如权利要求l所述的机箱，其中，所述机箱没有底壁。
12、 一种用于容纳多个电子板的电子机箱，包括包壳，具有第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁，所述包壳适于容纳多个 电子板；设置在所述包壳下方的下充气部，所述下充气部在与所述包壳的前壁相 关联的前表面上具有空气入口；和设置在所述包壳上方的上充气部，该上充气部包括与所述包壳的后壁相关联的后表面，所述后表面具有空气出口； 与所述包壳的前壁相关联的斜切表面；和 在所述后表面和所述斜切表面之间延伸的顶表面。
13、 如权利要求12所述的机箱，其中，所述斜切表面与所述前壁和所 述顶表面二者横交。
14、 如权利要求12所述的机箱，其中，所述包壳的侧向侧壁形成所述 上充气部的侧壁。
15、 如权利要求12所述的机箱，其中，所述包壳的后壁形成所述上充 气部的后表面。
16、 如权利要求12所述的机箱，其中，所述斜切表面在所述顶表面和 所述包壳的前壁的上边缘之间延伸。
17、 如权利要求16所述的机箱，其中，所述斜切表面是平表面。
18、 如权利要求16所述的机箱，其中，所述斜切表面是弯曲表面。
19、 如权利要求12所述的机箱，还包括至少第一风扇单元，设置在所述上充气部和所述下充气部的至少一个之内。
20、 一种用于容纳多个电路板的电子机箱，包括 具有四个垂直侧壁的壳体，所述侧壁包括第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁，其中所述壳体的内部适于容纳多个电子板；在所述侧向侧壁之间以及在所述前壁和所述后壁之间延伸的顶壁，其 中，所述顶壁以相对于所述侧向侧壁的顶边缘的第一距离连接至所述后壁并 以相对于所述侧向侧壁的顶边缘的第二距离连接至所述前壁，其中，所述第 二距离大于所述第一距离；和设置为穿过所述后壁的空气出口 。
21、 如权利要求20所述的机箱，其中，所述顶壁包括平表面，该平表面在所述后壁和所述前壁之间倾^K
22、 如权利要求20所述的机箱，其中，所述顶壁包括连接至所述后壁的第一部分和连接至所述前壁的斜切部分，其中，所述第一部分和所述斜切 部分的表面横交。
23、 如权利要求22所述的机箱 垂直侧壁限定的平面大致垂直的表面
24、 如权利要求23所述的机箱 平表面和所述前壁二者横交的表面。
25、 如权利要求22所述的机箱 平表面。
26、 如权利要求22所述的机箱 弯曲表面。
27、 如权利要求20所述的机箱 部件。
28、 如权利要求20所述的机箱，其中，所述壳体的内部包括上充气部、 下充气部和在所述充气部之间的用于容纳电子板的部分，其中，所述顶壁形 成所述上充气部的至少一部分。
29、 一种用于容纳多个电路板的电子机箱，包括具有四个垂直侧壁的壳体，所述侧壁包括第一和第二侧向侧壁、后壁和前壁；顶壁；和连接壁，在所述机箱的前壁和所述机箱的顶壁之间延伸并与该二者横 交，其中所述机箱没有底壁。
30、 一种用于使用容纳多个电子板的电子机箱的方法，包括 设置具有斜切表面的第一电子机箱，其中，所述斜切表面在所述第一机箱的前壁和所述第 一机箱的顶壁之间延伸并与该二者横交；将第二机箱定位在所述第一机箱上方，其中，在所述第二机箱的前表面上的空气入口定位在所述斜切表面上方。，其中，所述第一部分限定了与由所述 ,其中，所述斜切部分限定了与所述水 ，其中，所述斜切部分的至少一部分为 ,其中，所述斜切部分的至少一部分为 ,其中，所述顶壁包括第一和第二分离
全文摘要
本发明提供具有空气入口的电子机箱，该空气入口具有增加的截面面积，其有助于空气流通过机箱并由此提供改善的冷却。由于电子机箱通常是堆叠的，所以已经确定的是下机箱的上表面可被用来至少部分地限定上机箱的空气入口。在这点上，下机箱的上部可被去除，以增加空气入口的尺寸。即，下机箱的上壁和/或顶壁部分被去处并通过连接壁连接(例如锥形和/或斜切的壁)。同样，上机箱的底壁可被移除。当堆叠时，上机箱的空气入口可设置在下机箱的被截切的部分的上方。在这种结构中，最终的进气口的尺寸可显著地增加。
文档编号H05K7/20GK101427616SQ200780014037
公开日2009年5月6日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者史蒂夫·比斯比基斯, 史蒂夫·科, 基兰·米勒, 托德·科利斯, 扬尼斯·沙巴尼, 汉斯·扬姆 申请人:弗莱克斯电子有限责任公司