Brevet FR2985333A1 — publié le 20130705

Calculateur électronique comprenant un système de canalisation d'air pour le refroidissement de cartes électroniques La présente invention concerne un calculateur électronique comprenant : - un coffret comprenant un logement comprenant une entrée d'air et une sortie d'air pour la circulation d'un flux d'air de refroidissement au travers du logement, - une carte électronique mère comprenant une première face et une deuxième face, la carte électronique mère étant reçue dans le logement de telle manière que la carte électronique mère définit une cloison s'opposant à l'écoulement de l'air, l'air entrant dans le logement frappant la première face, la deuxième face étant munie de connecteurs de réception de cartes électroniques filles, et - un système de canalisation d'air configuré de manière à canaliser l'air frappant la première face de la carte électronique mère pour l'amener du côté de la deuxième face de la carte électronique mère. En particulier, l'invention s'applique aux aéronefs civils équipés de calculateurs électroniques embarqués, ces calculateurs étant munis de cartes électroniques dont les composants doivent être refroidis afin d'assurer le plein rendement du calculateur. Pour ce faire, il est possible de munir le calculateur électronique de drains thermiques s'étendant entre les composants des cartes électroniques filles et des conduits de circulation d'air. L'air circulant dans les conduits n'est donc pas en contact direct avec les cartes électroniques filles disposées sur la carte mère, mais permet de refroidir indirectement les composants des cartes électroniques filles par échange thermique via les drains. Toutefois, un tel calculateur électronique ne permet de refroidir que de manière limitée les composants présents sur les cartes électroniques insérables dans le calculateur, la puissance thermique dissipable par conduction étant limitée. Un des buts de l'invention est de proposer un calculateur électronique permettant d'améliorer le refroidissement des composants présents sur des cartes électroniques insérables dans le calculateur. A cet effet, l'invention a pour objet un calculateur électronique du type précité, caractérisé en ce que le système de canalisation d'air est configuré pour arroser avec l'air canalisé des cartes électroniques filles reçues sur la carte électronique mère, afin de refroidir lesdites cartes électroniques filles par convection de l'air. Suivant d'autres modes de réalisation, le calculateur électronique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le système de canalisation d'air comporte au moins un conduit de circulation d'air comprenant une pluralité d'orifices calibrés, chaque orifice étant prévu pour former un jet d'air s'écoulant le long d'une carte électronique fille reçue sur un connecteur, le jet d'air s'écoulant selon une direction d'arrosage inclinée par rapport à la plus grande dimension de la carte électronique mère, de préférence parallèle à la plus grande dimension de la carte électronique mère ; - la carte électronique mère comprend au moins une échancrure permettant l'écoulement de l'air ; - le système de canalisation d'air s'alimente dans une échancrure ; - le système de canalisation d'air comprend une série d'orifices s'étendant le long d'un espace de réception d'une carte électronique fille, les orifices étant configurés pour arroser au moins une face de la carte électronique fille avec l'air canalisé, selon une direction d'arrosage ; - le système de canalisation d'air est muni d'au moins un guide cartes permettant de guider une carte électronique fille vers la carte électronique mère lors de son insertion dans le logement du coffret ; - le ou chaque guide cartes est une plaque longitudinale présentant une section en « U » ; - le calculateur électronique comprend au moins une carte électronique fille insérable sur un connecteur de la carte électronique mère, du haut vers le bas suivant une direction d'insertion ; - le calculateur électronique est conforme à la norme ARINC 600. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe de côté d'un calculateur électronique selon l'invention comportant un coffret, - la figure 2 est une vue de dessus du calculateur électronique de la figure 1, dont la paroi supérieure du coffret a été omise, - la figure 3 est une vue en coupe de côté d'un calculateur électronique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 selon une variante de réalisation du calculateur électronique de la figure 3. Le calculateur électronique 10 illustré sur les figures 1 et 2 comprend un coffret 12 et une carte électronique mère 14 reçue à l'intérieur du coffret 12, et dénommée par la suite carte mère 14. Le calculateur 10 comporte en outre des cartes électroniques filles 16 insérables de manière amovible dans le coffret 12, dénommées par la suite cartes filles 16, et un système 18 de canalisation d'air fixé à demeure dans le coffret 12. Le calculateur 10 peut comprendre un nombre N1 de cartes électroniques filles, N1 étant un nombre entier supérieur ou égal à un. Le calculateur 10 est propre à être embarqué à l'intérieur d'un aéronef civil. Le calculateur 10 est par exemple un calculateur électronique embarqué, conforme à la norme aéronautique ARINC 600. Selon cette norme, un flux d'air pulsé provenant de l'intérieur de la cabine de l'aéronef est dirigé sur le fond du calculateur 10. Le coffret 12 comporte une paroi de fond 19A, une paroi supérieure 19B, deux parois latérales 19C et deux parois centrales 19D délimitant un logement de réception 20A de la carte mère 14 et des cartes filles 16. Le coffret 12 comporte en outre une cavité 20B destinée à recevoir des éléments de connectique, tels que par exemple une carte de fond de panier 20C connectée à la carte mère 14 par un connecteur de fond de panier 20D et une carte de connexion 20E pour la connexion de terminaisons de câbles. La paroi supérieure 19B est amovible pour permettre l'insertion des cartes filles 16 dans le coffret 12. Chaque paroi centrale 19D est située en regard d'une paroi latérale 19C respective. Chaque paroi centrale 19D définit, avec la paroi latérale 19C en regard, un espace 21 de réception des cartes filles 16 au sein du logement 20A. Le coffret 12 comprend dans chaque espace 21 des paires de guides cartes longitudinaux, chaque paire comprenant un guide cartes longitudinal 22A sur une paroi latérale 19C et un guide carte longitudinal 22B sur une paroi centrale 19D. Chaque guide cartes 22A, 22B est propre à recevoir le bord latéral d'une carte fille 16 et à la guider lors de son insertion dans l'espace 21 de réception, jusqu'à un connecteur E1, E2 de la carte mère 14. Chaque guide cartes 22A, 22B est par ailleurs propre à contribuer au maintien d'une carte fille 16 sur son connecteur E1, E2. Dans l'exemple de réalisation illustré, chaque guide cartes 22A, respectivement 22B présente une section en « U » ouverte vers le guide cartes 22B, respectivement 22A, associé. Le logement 20A comprend une entrée d'air 23 et une sortie d'air 24. L'entrée d'air 23 et la sortie d'air 24 sont propres à permettre la circulation d'un flux d'air de refroidissement au travers du logement 20A. L'entrée d'air 23 est située sur la paroi de fond 19A, sous la carte mère 14, et est conçue de sorte à respecter les exigences imposées par la norme ARINC 600, en termes de pertes de charge notamment. L'entrée d'air 23 comporte plusieurs orifices 23A permettant à l'air provenant du dessous du calculateur 10 d'entrer à l'intérieur du logement 20A. La sortie d'air 24 est située sur la paroi supérieure 19B. La sortie d'air 24 comporte plusieurs orifices 24A permettant à l'air provenant de l'intérieur du logement 20A de sortir. La carte mère 14 comporte une première face 25A tournée vers la paroi de fond 19A et une deuxième face 25B opposée à la première face 25A et tournée vers la paroi supérieure 19B. La carte mère 14 comporte en outre deux ouvertures. Comme illustré sur la figure 2, chaque ouverture est dans cet exemple de réalisation une échancrure 26 pratiquée dans un des bords périphériques de la carte mère 14, sensiblement au centre de ce bord. Chaque échancrure 26 est par exemple de section carrée, chaque côté du carré présentant une longueur égale par exemple à 15 mm. En variante, la carte mère 14 comporte un nombre N2 d'ouvertures, N2 étant un entier supérieur ou égal à un. La carte mère 14 est reçue adjacente à la paroi de fond 19A tout en étant espacée de celle-ci. Elle est fixée par visserie sur une couronne, ladite couronne étant solidaire des parois latérales 19C. Cet assemblage obture de manière sensiblement étanche la partie du logement 20A située entre l'entrée d'air 22 et la carte mère 14. La carte mère 14 divise ainsi le logement 20A en une cavité d'entrée d'air et une cavité de sortie d'air. La deuxième face 25B comprend un connecteur E1, E2 respectif pour chaque carte fille 16. Chaque carte fille 16 comporte une première face 27A et une deuxième face 27B opposées. Chaque carte fille 16 comporte en outre sur sa deuxième face 27B des moyens de maintien en contact et de fixation de la carte fille sur un guide cartes 22A, 22B. Ces moyens de maintien en contact et de fixation sont par exemple un dispositif de fixation par glissières, connu en soi. Chaque carte fille 16 est insérable dans l'espace 21 de réception sur son connecteur E1, E2 suivant une direction longitudinale D d'insertion. Dans la suite de la description, les termes « haut » et « bas » s'entendent par rapport à l'insertion d'une carte fille 16 dans le coffret 12 suivant la direction longitudinale D, du haut vers le bas suivant la flèche Fl sur la figure 1, et à son extraction suivant la direction D, du bas vers le haut. Les cartes filles 16 sont par exemple des cartes électroniques de format 3U, ce format étant connu en soi. Le système 18 de canalisation d'air comporte un collecteur transversal 28 s'alimentant dans les échancrures 26, et des conduits longitudinaux 29 de circulation d'air s'alimentant dans le collecteur 28 et débouchant dans les espaces 21 au travers d'orifices ménagés dans chaque paroi centrale 19D. Le collecteur transversal 28 est allongé et s'étend transversalement, perpendiculairement à la direction D sur la deuxième face 25B. Le collecteur transversal 28 comporte deux extrémités 30A, 30B débouchant chacune en regard d'une échancrure 26. Chaque conduit 29 est allongé et s'étend longitudinalement entre les deux parois centrales 19D, du bas vers le haut à partir du collecteur 28. Chaque conduit 29 s'étend parallèlement à la direction D. Dans l'exemple de réalisation, chaque conduit 29 définit un profil en « U » et est refermé par une des parois centrales 19D. Chaque conduit 29 comporte deux extrémités 36A, 36B, ainsi que des orifices calibrés 38 pratiqués la paroi centrale 19D le refermant. L'extrémité 36A débouche à l'intérieur du collecteur 28 pour s'alimenter en air dans le collecteur 28. L'extrémité 36B est fermée par la paroi supérieure 19B. Les orifices 38 présentent des diamètres différents entre eux, le diamètre de chaque orifice 38 étant adapté au débit d'air nécessaire au refroidissement de la zone de la carte fille 16 en regard. Dans l'exemple de réalisation, les orifices 38 d'un conduit 29 sont disposés de sorte que, lorsque la carte fille 16 la plus proche du conduit 29 est complètement insérée dans le coffret 12, une partie des orifices 38 débouche sur une face 27A de ladite carte fille 16, l'autre partie des orifices 38 débouchant sur l'autre face 27B de ladite carte fille 16. En variante, les orifices 38 d'un conduit 29 sont disposés de sorte que, lorsque la carte fille 16 la plus proche du conduit 29 est complètement insérée dans le coffret 12, tous les orifices 38 débouchent sur la face 27A de ladite carte fille 16. En fonctionnement, chaque carte fille 16 est insérée dans le coffret 12, du haut vers le bas, sur son connecteur E1, E2 respectif. Lors de cette insertion chaque carte fille 16 est guidée par un guide cartes 22A et un guide cartes 22B. Une fois insérée, chaque carte fille 16 est maintenue en contact et fixée sur les guides cartes 22A, 22B par enclenchement de son dispositif de fixation par glissières. Lorsque que le calculateur 10 est en service, autrement dit lorsque l'aéronef à l'intérieur duquel il est embarqué se déplace, les composants électroniques présents sur les cartes filles 16 doivent être refroidis. Pour ce faire, et conformément à la norme ARINC 600, un flux d'air pulsé provenant de l'intérieur de la cabine de l'aéronef pénètre à l'intérieur du coffret 12, dans le logement 20A, via l'entrée d'air 22. La carte mère 14 définit une cloison partielle s'opposant à l'écoulement de l'air. L'air franchit néanmoins cette cloison via les deux échancrures 26. L'air passe ainsi du côté correspondant à la face 25A de la carte mère 14 au côté correspondant à la face 25B. L'air est canalisé par le système de canalisation 18. L'air est collecté par le collecteur 28 puis acheminé à l'intérieur des conduits 29, parallèlement à la direction D. L'air passe ensuite à travers les orifices 38 et est dirigé sur les cartes filles 16, parallèlement à la deuxième face 25B de la carte mère 14, le long des grandes faces 27A, 27B des cartes filles 16. Les composants électroniques présents sur cartes filles 16 sont alors arrosés par l'air circulant, selon une direction d'arrosage sensiblement perpendiculaire à la direction D d'insertion. La circulation de l'air provoque une dissipation de la chaleur au sein de ces composants, cette dissipation étant due au mouvement de convection de l'air. L'air réchauffé s'écoule ensuite via la sortie d'air 24, conformément à la norme ARINC 600, et est ainsi évacué du calculateur 10. Le flux d'air circulant est représenté en traits pointillés sur les figures 1 et 3. Avantageusement, le fait de pratiquer les échancrures 26 dans des bords périphériques de la carte mère 14 permet de préserver l'espace disponible pour les pistes conductrices de la carte et, par conséquent, de ne pas altérer la transmission des signaux électriques. Avantageusement, et comme cela est le cas dans le mode de réalisation illustré, les cartes filles 16 sont disposées longitudinalement dans le calculateur 10 selon l'invention, c'est-à-dire que leur bord libre de plus grande dimension est parallèle à la direction D d'insertion. Cette disposition des cartes filles 16 permet de placer un nombre N3 de cartes 16 dans le sens de la largeur du calculateur 10 tel que, la largeur étant prise comme la dimension du calculateur 10 parallèle à l'axe A-A' représenté sur la figure 2, le nombre N3 ne soit pas limité par une valeur maximale. En effet, dans la norme ARINC 600, la largeur du calculateur est la seule dimension non contrainte. On conçoit ainsi qu'un tel calculateur 10 permet d'améliorer significativement l'efficacité du refroidissement des composants électroniques présents sur les cartes filles 16. La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, pour lequel les éléments analogues au premier mode de réalisation décrit précédemment sont repérés par des références identiques, et ne sont donc pas décrits à nouveau. Un calculateur électronique 42 selon l'invention comprend un coffret 44 et une carte mère 46 reçue à l'intérieur du coffret 44. Le calculateur 42 comporte en outre des cartes filles 16 insérables de manière amovible dans le coffret 44, et un système 48 de canalisation d'air fixé à demeure dans le coffret 12. A la différence du coffret 12 selon le premier mode de réalisation, le coffret 44 ne comporte qu'une seule paroi centrale 19D. Le système 48 de canalisation d'air est ménagé dans les parois latérales 19C. Il comprend un ensemble 50 de canalisation d'air dans chaque paroi latérale 19C. La carte mère 46 comporte quatre échancrures 26, chaque échancrure 26 étant pratiquée dans le bord périphérique de la carte mère 46 au niveau d'un coin de la carte mère. En variante, la carte mère 46 comporte un nombre N4 d'échancrures 26, N4 étant un entier supérieur ou égal à deux. Chaque ensemble 50 de canalisation d'air comporte un collecteur transversal 28 le long d'un côté de la carte mère 46. Chaque ensemble 50 de canalisation d'air comporte un conduit 29 de circulation d'air, s'étendant le long d'un guide cartes 22A de montage d'une carte fille 16 pour l'alimentation en air des orifices 38 correspondants. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est analogue à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment, et n'est donc pas décrit à nouveau. De manière analogue au coffret 12 selon le premier mode de réalisation de l'invention, le coffret 44 est propre à recevoir par exemple des cartes électroniques filles de format 3U. En variante de réalisation et comme illustré sur la figure 4, le coffret 44 peut avantageusement recevoir des cartes électroniques filles de format 6U, ce format étant connu en soi. Selon cette variante, le coffret 44 ne comporte plus de paroi centrale 19D et les deux connecteurs E1, E2 de la carte mère 46 sont remplacés par un unique connecteur E. En outre, si la longueur du calculateur est prise comme la dimension du calculateur perpendiculaire à l'axe A-A' représenté sur la figure 2 et à la direction D représentée sur la figure 3, au maximum une seule carte fille de format 6U est insérable dans le sens de la longueur selon cette variante, au lieu de deux cartes filles de format 3U. Cette variante du deuxième mode de réalisation de l'invention présente ainsi l'avantage de réduire la masse du calculateur, par rapport au premier mode de réalisation décrit précédemment. Les autres avantages de ce mode de réalisation sont identiques à ceux du premier mode de réalisation, et ne sont donc pas décrits à nouveau. L'invention concerne de manière générale un calculateur électronique comprenant un coffret, une carte mère et un système de canalisation d'air. Elle concerne bien entendu également des calculateurs électroniques comprenant un coffret, une carte mère, un système de canalisation d'air et des cartes filles. L'invention s'applique à de nombreux domaines, et notamment dans le domaine des transports, dont le domaine de l'aviation civile, le calculateur électronique étant embarqué ou non. REVENDICATIONS1.- Calculateur électronique (10 ; 42) du type comprenant : - un coffret (12 ; 44) comprenant un logement (20A) comprenant une entrée d'air (23) et une sortie d'air (24) pour la circulation d'un flux d'air de refroidissement au travers du logement (20A), - une carte électronique mère (14 ; 46) comprenant une première face (25A) et une deuxième face (25B), la carte électronique mère (14 ; 46) étant reçue dans le logement (20A) de telle manière que la carte électronique mère (14 ; 46) définit une cloison s'opposant à l'écoulement de l'air, l'air entrant dans le logement frappant la première face (25A), la deuxième face (25B) étant munie de connecteurs (El, E2) de réception de cartes électroniques filles (16), et - un système (18 ; 48) de canalisation d'air configuré de manière à canaliser l'air frappant la première face (25A) de la carte électronique mère (14 ; 46) pour l'amener du côté de la deuxième face (25B) de la carte électronique mère (14 ; 46), caractérisé en ce que le système (18 ; 48) de canalisation d'air est configuré pour arroser avec l'air canalisé des cartes électroniques filles (16) reçues sur la carte électronique mère (14 ; 46), afin de refroidir lesdites cartes électroniques filles (16) par convection de l'air. 2.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (18 ; 48) de canalisation d'air comporte au moins un conduit de circulation d'air (29) comprenant une pluralité d'orifices calibrés (38), chaque orifice (38) étant prévu pour former un jet d'air s'écoulant le long d'une carte électronique fille (16) reçue sur un connecteur (E1, E2), le jet d'air s'écoulant selon une direction d'arrosage inclinée par rapport à la plus grande dimension de la carte électronique mère (14 ; 46), de préférence parallèle à la plus grande dimension de la carte électronique mère (14 ; 46). 3.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la carte électronique mère (14 ; 46) comprend au moins une échancrure (26) permettant l'écoulement de l'air. 4.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système (18 ; 48) de canalisation d'air s'alimente dans une échancrure (26). 5.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (18 ; 48) de canalisation d'air comprend une série d'orifices (38) s'étendant le long d'un espace (21) de réception d'une carte électronique fille (16), les orifices (38) étant configurés pour arroser au moins une face (27A, 27B) de la carte électronique fille (16) avec l'air canalisé, selon une direction d'arrosage. - 2985333 10 6.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (18 ; 48) de canalisation d'air est muni d'au moins un guide cartes (22A, 22B) permettant de guider une carte électronique fille (16) vers la carte électronique mère (14 ; 46) lors de son insertion dans le logement (20A) 5 du coffret (12 ; 44). 7.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou chaque guide cartes (22A, 22B) est une plaque longitudinale présentant une section en « U ». 8.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, comprenant au moins une carte électronique fille (16) insérable sur un connecteur (El, E2) de la carte électronique mère (14 ; 46), du haut vers le bas suivant une direction d'insertion (D). 9.- Calculateur électronique (10 ; 42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conforme à la norme ARINC 600.