Brevet FR2895209A1 — publié le 20070622

Coffret electronique generique pouvant etre ventile par conduction ou par convection DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine de la conception et de la realisation de coffrets, paniers ou bacs destines a heberger des cartes electroniques. Elie traite plus particulierement de la maniere de resoudre le probleme de I'emport de calories dissipees en fonctionnement par les cartes electroniques contenu dans un coffret, destine a etre place dans un local ou dans un vehicule et a fonctionner de la fawn la plus autonome possible, en particulier sans necessiter de conditions d'ambiance particuliere. CONTEXTE DE L'INVENTION - ART ANTERIEUR L'invention s'attache au probleme pose, tors de la definition d'un coffret destine a recevoir des cartes electroniques, par la necessite d'equiper ce coffret de moyens lui permettant d'evacuer de maniere satisfaisante la chaleur degagee par les cartes electroniques qu'iI contient. La maniere utilisee pour evacuer les calories produites et eviter I'echauffement excessif des differentes cartes contenues, depend principalement de la qualite de ('atmosphere regnant dans le local ou dans le vehicule renfermant le coffret. Ainsi, par exemple, dans le cas oia la structure d'hebergement du coffret, sous-sol d'un batiment ou soute de vehicule par exemple, renferme une atmosphere chargee d'impuretes it n'est pas possible d'utiliser un coffret dont les cartes sont refroidies par convection forcee de ['air ambiant au moyen de ventilateurs. Un air ambiant charge d'impurete aura pour consequence d'encrasser de maniere prematuree les filtres a poussieres equipant le systeme de ventilation du coffret, filtres qui, de toute maniere, n'arretent pas toutes les impuretes. De meme un air charge d'humidite ou de brouillard salin peut conduire a une deterioration par corrosion des cartes contenue dans le coffret. De telles conditions de fonctionnement rendent indispensables des operations rapprochees de maintenance preventive et de nettoyage, operations qui ont pour effet d'accroitre de fawn injustifiee le temps d'immobilisation de I'equipement. Ces conditions peuvent en outre entrainer une corrosion dommageable pour I'equipement. C'est pourquoi, generalement, lorsqu'on definit la structure mecanique d'un nouveau coffret electronique on peut etre conduit a definir et a developper deux formes de realisation d'un meme coffret, une forme dans laquelle le refroidissement est realise par conduction et une forme dans laquelle le refroidissement est realise par convection. Cette double definition a pour consequence d'augmenter les couts de developpement et de gestion des dossiers de definition et des eventuelles modifications. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de !'invention est de pallier cet inconvenient en proposant une structure polyvalente permettant de realiser un coffret pouvant etre ventile aussi bien par conduction que par convection. A cet effet ('invention a pour objet un coffret generique comportant une structure support, et deux kits d'adaptation: - un kit d'adaptation pour dissipation par convection comportant une face laterale portant un ou plusieurs ventilateurs et une face laterale comportant un filtre a air, et deux jeux de glissieres. - un kit d'adaptation pour dissipation par conduction, comportant deux 20 faces later-ales chaque face comportant une paroi externe formant un radiateur et une paroi interne formant un jeu de glissieres. Selon un mode de realisation particulier, le kit d'adaptation pour dissipation par conduction peut etre complete par un capot de recouvrement et un 25 ventilateur place sur la face arriere du capot, ('ensemble permettant de renforcer la capacite de dissipation du coffret en etablissant une circulation forcee d'air contre les parois later-ales formant des radiateurs. Selon un autre mode de realisation particulier, le kit d'adaptation pour 30 dissipation par conduction peut etre constitue de deux faces later-ales, chaque face comportant une paroi interne formant un jeu de glissieres et une paroi externe dont la surface est occupee par un tube faisant une succession de coudes et clans lequel doit circuler un fluide de refroidissement, le tube etant plaque contre cette paroi. La chaleur dissipee par le coffret est ainsi 35 communiquee au fluide de refroidissement. Le coffret selon ('invention presente I'avantage de permettre de realiser une seule etude fonctionnelle et structurelle pour concevoir un coffret electronique. La fonction de dissipation est ainsi avantageusement dissociee de la fonction electronique developpee et la structure mecanique du coffret peut titre developpee de maniere generique pour plusieurs applications differentes pour peu que les applications developpees puissent titre (ogees dans des coffrets de memes dimensions. Le coffret selon ('invention presente egalement I'avantage de limiter la quantite d'elements a stocker lors d'une fabrication en serie d'un type de coffret dont le mode de dissipation peut par exemple varier suivant I'equipement destine a le recevoir, ou encore suivant le principe general de dissipation retenu par un client donne pour ('ensemble de ses equipements. DESCRIPTION DES FIGURES Les avantages de ('invention apparaitront clairement au travers de la description faite en regard des figures annexees qui representent: - la figure 1, une illustration de la structure support constituant le coffret selon ('invention, - la figure 2, une presentation schematique du kit d'adaptation pour dissipation par convection, - Ia figure 3, une illustration du principe de fonctionnement du kit de 25 refroidissement par convection, - la figure 4, une presentation schematique du kit d'adaptation pour dissipation par conduction, - la figure 5, une vue partielle agrandie d'une face later-ale constituant le kit d'adaptation par conduction, 30 - la figure 6, une representation schematique du principe de fonctionnement d'une forme particuliere de realisation du kit d'adaptation pour dissipation par conduction, permettant de faire circuler de ('air frais les long des parois externes. 35 DESCRIPTION DETAILLEE On s'interesse d'abord a la figure 1 qui represente une structure support du coffret selon ('invention. Cette structure est principalement constituee de deux faces, une face avant 11, et une face arriere 12, maintenues solidaires par quatre montants, deux montants superieurs 13 et deux montants inferieurs 14. Generalement, la structure support comporte egalement une face superieure et une face inferieure, non representees sur la figure et qui jouent toutes les deux des roles de couvercles permettant de refermer le coffret. Cette structure recoit en outre generalement une carte mere 15 logee au niveau de la face inferieure du coffret. La carte mere comporte des connecteurs 16, generalement positionnes suivant un pas standard, charges de recevoir les carte electroniques montees dans le coffret. Elie a notamment pour role de fournir les interconnexions electriques entre les differentes cartes equipant le coffret. Cette carte mere est generalement concue pour etre fixee sur les montants inferieurs du coffret. Les dimensions du coffret sont generalement determinees par le nombre de cartes et de modules electroniques, des modules d'alimentation par exemple, qui y sont loges. Cependant, it est possible, par souci de rationalisation, de definir un certain nombre de coffrets de tailles standard. Les faces avant et arriere constituent les elements du coffret destines a etre personnalises. Suivant les applications, ces faces sont equipees d'elements divers, tels que des voyants ou des connecteurs par exemple. Cependant quelles que soient les applications envisagees, la structure support reste avantageusement identique, pour peu que soit definie une taille standard de coffret. La carte mere 15 placee a I'interieur peut alors, selon I'application occuper toute la surface du coffret ou bien seulement une partie. II est ainsi avantageusement possible de disposer de structures standard dont la personnalisation ne touche que les elements vraiment specifiques d'une application donnee. La figure 2 presente sous forme schematique I'association de la structure support avec un premier kit d'adaptation permettant d'assurer la 4 dissipation par convection de la chaleur produite par les differents elements loges dans le coffret. Le kit d'adaptation comporte une premiere face later-ale constituee par une plaque 21 percee d'une ouverture et portant une serie de ventilateurs 22 extracteurs d'air. II comporte egalement une deuxieme face laterale 23, portant un filtre a air 24 destine a faire circuler un air propre a I'interieur du coffret. Le kit d'adaptation est complete par un jeu de glissieres 25 et 26 positionnees selon un pas standard identique a celui selon Iequel sont positionnes les corinecteurs de la carte mere, et permettant de maintenir verticalement les cartes Iogees dans le coffret Comme on peut le constater, ('assemblage des faces later-ales et des glissieres composant le kit, sur la structure support permet de constituer de maniere aisee un coffret assurant sa dissipation thermique par convection. La figure 3 illustre de maniere schematique le principe de circulation d'air a I'interieur du coffret, circulation symbolisee par les fleches 31 et 32. Sur cette figure encore, les faces superieure et inferieure ne sont pas representees pour des raisons de lisibilite. On s'interesse a present a la figure 4 qui presente de maniere schematique le kit d'adaptation permettant, associe a la structure support, de realiser un coffret dont la dissipation thermique est realisee par conduction. Comme on peut le constater sur la figure, ce kit est constitue de deux faces later-ales metalliques 41 et 42 qui sont assemblaes aux montants de la structure support. La paroi interne de ces faces est usinee de fawn a realiser des glissieres 43 destinees a maintenir verticalement les cartes electroniques Iogees dans le coffret. La paroi externe est quant a elle usinee de fawn a constituer un element radiateur. Comme le montre le detail de la figure 5, cet usinage prend la forme de cannelures longitudinales 51 ou verticales couvrant une large partie de la paroi. Ces cannelures ont avantageusement pour effet d'augmenter la surface de dissipation des faces later-ales. Dans le coffret ainsi constitue, la dissipation thermique est realisee au travers des faces later-ales qui jouent le role de radiateurs, comme I'illustre les fleches ondulees 44 et 45. De fawn generale, ce type de refroidissement par conduction est 35 particulierement bien adapte a des coffrets susceptibles de renfermer des modules ou des cartes electroniques equipees de drains thermiques destines a conduire les calories degagees par un ou plusieurs de leurs composants. Ces drains thermiques constitues par des pieces metalliques mise en contact avec les points chauds de la carte ou du module considers, sont mis en contact avec les faces later-ales par les glissieres de maintien usinees directement dans les parois internes de ces faces. Its vehiculent ainsi la chaleur dissipee localement par une carte vers les faces later-ales chargees de la dissipation vers I'exterieur du coffret. Pour renforcer, si necessaire la capacite de dissipation thermique des radiateurs que constituent les faces later-ales 41 et 42, it est possible de completer avantageusement le kit d'adaptation, comme ('illustre schematiquement Is figure 6, en y ajoutant un capot 61 se presentant par exemple comme une boite ouverte vers ('avant, d'une longueur de preference superieure au coffret enveloppant le coffret et dont les flancs recouvrent les faces later-ales 41 et 42. Ce capot est par ailleurs equips sur sa face arriere d'un ventilateur 62 extracteur d'air. II permet ainsi d'assurer une circulation forcee d'air frais qui favorise la dissipation thermique au niveau des radiateurs que constituent les later-ales. Les fleches 64 et 64 representees sur la figure 6 illustre le principe de cet echange thermique ameliore. On s'interesse a present a la figure 7 qui illustre une autre forme de realisation du kit d'adaptation permettant d'assurer la dissipation thermique du coffret. Selon cette autre forme de realisation, le kit comporte deux faces later-ales metalliques 71 et 72 dont les parois internes massives sont usinees de fawn a former les glissieres verticales 73 qui maintiennent les cartes Iogees dans le coffret, et dont les parois externes constituent forment des boitiers 74 ouverts vers I'exterieur. A I'interieur de chacun des boltiers circule un tube metallique replie 75 en contact thermique avec la paroi et dont les extremites 76 et 77 debouche vers ('avant du coffret. Ces tubes permettent avantageusement la circulation d'un fluide de refroidissement a la surface de Ia paroi consider-6e. Avec un tel dispositif, la dissipation thermique est realisee par transmission 35 de la chaleur depuis les cartes jusqu'aux faces later-ales du coffret, au moyen de drains thermiques par exemple, la face du coffret, 71 ou 72, etant ellememe refroidie par echange thermique avec le fluide circulant dans les tubes 75. Suivant le procede de realisation des faces laterales choisi, les boitiers 74 5 peuvent titre realise de differentes fagons connues. On peut par exemple effectuer un usinage ou un moulage de la paroi externe. Ce mode de realisation presente I'avantage d'assurer un bon refroidissement du coffret. En revanche, it est plus difficile a mettre en oeuvre et s'adapte 10 preferentiellement a la realisation de coffrets implantes dans infrastructures, batiments ou vehicules, comportant un systeme de refroidissement par circulation de fluide. Comme on peut le constater au cours de la description qui precede, le coffret 15 generique selon I'invention present beaucoup d'avantages qui tirent leur origine dans la modularite du coffret. Ainsi, it est en particulier possible de realiser en serie des jeux de pieces communes a toutes les formes de realisation envisagees pour un coffret donne, les pieces specifique d'un mode de refroidissement donne etant realisee separement et en fonction des 20 besoins. II n'est ainsi avantageusement plus necessaire de stocker des coffrets complets entierement personnalises. Pour un type de coffret donne, les elements de base tels que les faces avant et arriere, les montants et la carte mere peuvent en outre titre realise alors meme que le mode de conditionnement utilise dans I'equipement abritant le coffret n'est pas encore 25 retenu de maniere definitive. Cette souplesse de realisation permet avantageusement d'anticiper la fabrication de certains elements du produit considers. 30 REVENDICATIONS 1. Coffret generique comportant une structure support et deux kits d'adaptation montes sur la structure support, caracterise en ce que: - Ia structure support comporte au moins, une face avant (11), une face arriere (12) et des moyens pour loger une carte electronique mere (15) dans sa partie inferieure, - un kit d'adaptation (21-26) pour dissipation par convection, permettant la dissipation thermique par circulation d'air a I'interieur du coffret. - un kit d'adaptation (41, 42) pour dissipation par conduction, permettant la conduction des calories depuis les composants vers la structure du coffret, I'evacuation des calories vers I'exterieur du coffret etant realisee par convection. 2. Coffret selon la revendication 1, dans lequel Le kit d'adaptation pour dissipation par conduction comporte deux faces later-ales (41, 42), chaque face comportant une paroi externe formant un radiateur (51) et une paroi interne formant un jeu de glissieres (43) pour maintenir verticales les cartes contenues dans le coffret. 3. Coffret selon la revendication 2, dans lequel le kit d'adaptation pour dissipation par conduction est complete par un capot de recouvrement (61) et un ventilateur (62) place sur la face arriere du capot, ('ensemble permettant d'etablir une circulation d'air forcee contre les parois later-ales formant des radiateurs (51). 4. Coffret selon ('une des revendications 1 a 3, dans lequel Le kit d'adaptation pour dissipation par convection comporte une face laterale (21) portant un ou plusieurs ventilateurs (22) et une face later-ale (23) comportant un filtre a air (24), la dissipation thermique etant assuree par le courant d'air circulant entre les cartes. 5. Coffret selon ('une des revendications 1 a 3, dans lequel le kit d'adaptation pour dissipation par conduction comporte deux faces later-ales, chaque face comportant une paroi interne formant un jeu de glissieres et uneparoi externe dont la surface est occupee par un tube (75) faisant une succession de coudes et dans Iequel circule un fluide de refroidissement, le tube etant plaque contre cette paroi.5