JP5269205B2 - 通信用サブラックモジュール及び通信用サブラック - Google Patents

Description

本発明は、通信用サブラックモジュール及び通信用サブラックに関する。

通信用サブラックは背面部（backplane）への給電を確保し、さらにカードへの配電、及び冷却ファンへの電力供給のための給電基板を備える。知られた対策として、サブラックの両サイド（左右）のカードケージにおいて給電基板を鉛直方向に並べて配置し、十分な供給を得るものがある。

通常、２つの別々のファンはサブラックを冷却するために配置され、十分に冷却するために、１つは最上部、もう１つは底部に配置される。給電基板の前部にあるコネクタスペースを使用し、給電基板の前部から延びる電力ケーブルを介して、電源が給電基板からそれぞれのファンユニットへ供給される。ますます多くの電力が給電サブラックに必要になっており、給電基板上の構成部品の領域だけでなく、給電基板の前部にあるコネクタスペースもまれに有用となる。給電ケーブルは外部電源からも伸び、直接ファンユニットに接続される。

別の対策として、給電基板を、さらに、サブラックの後ろに設けるものがある。そのようにして、サブラックの前部にケーブルがあることによる問題は軽減される。しかしながら、サブラックの前部から隠れたところへ給電基板を隠すこと、例えば、サブラックの後部から給電することは、給電基板へ手が届きにくくなり、結果、構成部品を給電基板に接続することがより困難になる。さらに、給電基板が大きく、異なった形状をしていれば、周辺の構成部品は、サブラックにフィットさせるために改造する必要がある。

したがって、サブラックは、容易に作業及び交換ができることと同時に、十分な大きさの給電基板と電力需要が増大しても対応するための多くのコネクタとを備えることが要求される。

本発明によれば、通信サブラック用モジュールが提供される。モジュールは取り外し可能に、望ましくは水平にサブラックに搭載されるように構成される、すなわち、いわゆるプラグインユニットであり、サブラックの背面部への電力供給を確保するためのパワーフィルタリング機能を含む電源部からなる。電源部は、サブラック冷却のためにモジュールに配置された多数のファンアセンブリへの電力の供給も行う。モジュールは、モジュールの後部に、モジュールを背面部に接続するための出力コネクタ、及びモジュールの前部に、電力ケーブルを受け入れるための入力コネクタをも備える。

これによる利点は、給電基板とファンユニットとの間の外部電力ケーブルの必要をなくすことにある。さらに、モジュールの電源部へ容易に手が届くと同時に、コネクタのスペースが増える。

本発明によると、通信サブラックも提供される。サブラックは、カードを収容するように構成されたケージと、フィルタを備えたエアインテークと、２個以上の取り外し可能に搭載されたモジュールとを備える。それぞれのモジュールは、サブラックの電力供給を確保するためのパワーフィルタリング機能を含む電源部と、サブラックを冷却するための１個以上のファンアセンブリと、電力ケーブルを受け入れるためにモジュールの前部に配置された１個以上の入力コネクタと、モジュールをサブラックの背面部に接続するための１個以上の出力コネクタとを備える。さらに、サブラックは、カードへ配電及び信号伝達するように構成された背面部を備え、その背面部は２個以上のモジュールへ接続するための入力コネクタを有する。

したがって、電力供給とサブラック冷却に関して全体的に十分である利点が得られ、冷却と電力供給に関するサブラックの取り扱いとメンテナンスが容易になる。

それぞれのモジュールは、望ましくは十分な電源と冷却をサブラックに供給するように構成され、したがって、メンテナンス時にモジュールを交換する場合であっても、１個のモジュールがサブラックにある限り、シャットダウンする必要はない。

本発明は実施形態及び添付の図面を参照することで、より詳細に説明される。

本発明の実施形態に係る２個のモジュールを含むサブラックの斜視図 図１のサブラックの分解図 本発明の第１実施形態に係るモジュールの斜視図 本発明の第１実施形態に係るモジュールの内部を示す斜視図 本発明の第１実施形態に係るモジュールの概略断面図 本発明の実施形態に係るサブラックの概略断面図 本発明の第２実施形態に係るモジュールの概略断面図 本発明の第３実施形態に係るモジュールの概略断面図 本発明の第４実施形態に係るモジュールの概略断面図

図１は本発明の実施形態に係る２個のモジュールを含むサブラック１０の斜視図である。底部にエアインテーク１２が配置されている。エアインテーク１２の上に、モジュール１４が２個配置され、このモジュールはサブラックの電源部、１個以上のサブラック冷却用ファン、及びモジュールをサブラックの背面部（backplane）に接続するためにモジュールの後部に配置されたコネクタを含む。モジュール１４は望ましくはスクリューまたはスナップ式の接続１６と、モジュール１４及びサブラック１０のうち少なくとも一方に設けられたレール、溝、またはその他の同様の構成とにより固定される。モジュール１４の側面には、給電ケーブルをモジュールへ接続するための電源コネクタ２２が備えられている。モジュール１４の上にはケーブル棚（cable shelf）１８が備えられている。ケーブル棚１８の上にはカードケージ２０が備えられており、回路基板を含むプラグインユニットが水平または垂直に多数収納できる。本実施形態では、カードの数は２８である。それぞれのカードは、求められる必要な機能を備えるための電子構成部品をいくつ備えてもよい。このような電子構成部品として、マイクロプロセッサ、チップセット、メモリ等を含んでもよいがこれだけに限られない。数多くの構成部品があることは、許容動作温度における超小型電子構成部品の維持のために拡散しなければならない膨大な量の熱をカードが発生することを意味する。熱はモジュール１４に備えられたファンにより拡散する。

本実施形態に係るサブラックの全高は５００ｍｍとなる。サブラックは１９''キャビネットに搭載されると１２Ｕ＝５３３．３４ｍｍ占めることになる。積み重ねた３個のサブラックは、１８００ｍｍの高さの空間を占める。エアインテーク１２は高さ７０ｍｍ、２個のモジュール１４はそれぞれ４０ｍｍ、ケーブル棚１８は５０ｍｍ、そしてカードケージは３００ｍｍとなる。サブラックのトータルの奥行きは３２５ｍｍで、そのうち２４０ｍｍがキャビネット搭載フランジ、８５ｍｍがケーブル棚１８及びモジュール１４の突出量である。

図２は図１のサブラックの分解図である。図からわかるように、エアインテーク１２はモジュール前面の全体に沿って縦横に広がる。モジュール１４の下では、エアインテーク１２は突出面からサブラックの面まで角度がついている。サブラック１０では、モジュール１４の前方部または電源部１４Ａは、給電構成部品を収容できる。電源部の後ろで、セクション１４Ｂはファンモータを有する３個のファン（ファンアセンブリ）を含み、サブラック１０を冷却できる。ファンはエアインテーク１２を介して空気をサブラック１０に引き込む。望ましくは、大きな塵がサブラック１０に入ることを防止するため、エアフィルタを備える。したがって、空気はカードケージに収まるカードを通って、またはカードを覆うように導入され、サブラックの最上部を通ってサブラックから出る。ファンアセンブリは少なくとも１個のファンとファンを駆動する手段（例えばモータ）を含む。

電源部１４Ａは、モジュールにサブラック１０全体をカバーするのに十分な電力も供給する外部電源へモジュール１４を接続するための入力電源コネクタ２２を含む。電源部１４Ａは、さらに、給電構成部品を備え、パワーフィルタリング機能を有するが、これに限られない。これらのパワーフィルタリング機能は広いスペースが必要で、外乱及び過渡電流に気をつける必要がある。パワーフィルタリング機能は外部電源からの電気ノイズ及びその他の歪んだ信号を除去できる専用の回路を含む。電源部に接続される何れかのまたは全ての装置がダメージを受けることを防ぐため、電源部は、高い過渡電圧を抑制するパワーサージ機能も含んでよい。

本発明の実施形態によれば、モジュールの電源部は電流制限デバイス（ＣＬＤ）を含む。これらのＣＬＤは並列に配線され、背面部を別々のセクションに分割することなく、全ての入力の分岐から合わせた電力を各々のサブラックに供給することを可能にしている。すなわち、背面部は１つの単一のバスを有する単一のセクションによって構成される。ＣＬＤがない以前の対策では、背面部は入力の分岐の数に対応した多くの別々のセクションから構成されていた。電源部のファンアセンブリへの移動は、電源部のための領域・スペースの増加につながり、外部から入る電力を大幅に増加させることが可能になり、サブラックにさらなる電力を供給するという、現在常に求められているニーズにも応えている。

２個のモジュール１４は何れも容易にサブラック１０から取り外せる。それぞれのモジュール１４の容量はサブラックへの電力供給及びサブラックの冷却の何れにも十分である。したがって、１個のモジュールがサブラックにあり、接続されている限り、一方のモジュール１４の不具合の際、またはメンテナンスのために、サブラックへの何らかの重大な障害を起こさずに、モジュールを交換・入れ替えすることが可能である。

以前の対策と比較すると、本発明では電源部はサブラックの側部または内部からモジュール１４に移動される。したがって、サブラックはファン部を経由して背面部への電力が供給される。その結果、ファンアセンブリと給電基板（電源部）は一体化され、電源及びファンモジュールとなる。通常、２個のモジュールが冗長性を持たせたサブラックを得るために必要になる。それぞれのモジュール１４の容量はサブラックへの電力供給及びサブラックの冷却の何れにも十分である。したがって、不具合の際、サブラックへのいかなる障害も起こさずに、２個のうち１個のモジュール１４を交換・入れ替えすることが可能である。

本発明によれば、高抵抗配電（High Ohmic Distribution (HOD)）または低抵抗配電（Low Ohmic Distribution (LOD)）のための機能をモジュール１４に組み込むことが可能である。例えば、もし給電方式をＨＯＤからＬＯＤに変更したければ、モジュール１４を１個ずつＬＯＤ用の新しいモジュールに取り換えるだけで簡単に行える。知られた対策では、給電基板上のスペースは、領域及び高さの何れに関しても、非常に限られており、ＨＯＤ及びＬＯＤ機能は大きな領域及び高さを要するため、ＨＯＤ及びＬＯＤは離れた外部装置に備える必要があった。

図３ａ及び図３ｂは、本発明の１つの実施形態に係るモジュールの斜視図で、それぞれ上部のケーシングがある状態及びない状態を示す。この実施形態では、モジュールは３つの基本的な部分、電源部１４Ａ、ファンアセンブリ１４Ｂ、及びコネクタ部１４Ｃからなる。電源部（前方部）１４Ａは、少なくとも、上記のパワーフィルタリング機能を備える。ファンアセンブリ１４Ｂは、サブラックを冷却するために、３個のモータを含む３個のファンを備えるが、それ以上の数は、例えばサイズ、コスト、効果による。望ましくは１個のファンにつき１個のモータであるが、ファンの数も任意である。コネクタ部１４Ｃは、モジュールをサブラックの背面部へ接続するための電源出力コネクタを１個以上備える。したがって、コネクタ部１４Ｃはサブラック１０のカードケージ２０の中にある全てのカードに電力を送る。コネクタ部１４Ｃは、望ましくは、警告及び管理のためシグナルコネクタまたはシグナルピンをも１個以上備える。

１４Ａ−Ｃの３つの部分は、これらのうちの後方部を介して、これらのうちの前方部が背面部に電力を供給するように配置される。その前方部は直接ファンアセンブリに、あるいはさらなるファン部への配電のためにその後方部を介して電力を供給できる。本実施形態において、前方部１４Ａと後方部１４Ｃは、基本的には回路基板であり、ファンアセンブリ１４Ｂは、前方部１４Ａ及び後方部１４Ｃのうち少なくとも一方から電力供給を受けるファン２５を備える。外部電源から来る電力ケーブルを受け入れるための１個以上のコネクタ２２が、前方部１４Ａの側方に配置される。１つの実施形態によると、入力コネクタ２２のそれぞれは、４個の電源及び４つの信号との、１個のセンスピン（sense pin）による接点からなる。これらのコネクタ２２は、外部電源から来る電力ケーブルからのはめ合わせコネクタ（mating connector）に対応させて取り付けられる。モジュール１４の後部において、モジュール１４をサブラックの背面部に接続するために、１個以上の出力コネクタ２４が配置される。１つの実施形態によると、コネクタ２４は、８個の電源及び８つの信号のそれぞれとの、１個のセンスピン（sense pin）による接点を備えたコネクタ／ケーブルアセンブリからなる。コネクタ２４は、望ましくは圧入接続等によって、背面部上の対応するコネクタに取り付けられ、モジュール１４は簡単かつ取り外し可能にサブラックに搭載される。本実施形態においては、後方部１４Ｃは、ファンアセンブリを制御するためのコントロールユニットを備える。しかし、このコントロールユニットは、ファンに近い位置が望ましいが、モジュール以外の部分にある。

図４は、図１−３を参照して説明したモジュール１４の概略図である。図４は、前方部１４Ａと後方部１４Ｃの間の２つの電源接続２６を示している。電源接続２６は、例えば、ファンアセンブリ１４Ｂ内部に配置された電力ケーブルまたはバスバー（busbar）である。シグナルコネクタ２７は、例えば、接続すべきモジュールの各々の部分のシグナルコネクタに接続される多数のフラット・シグナル・ケーブルからなるリボン・ケーブル・アセンブリである。本実施形態において、各コネクタにつき多数のシグナルピンを含むシグナルコネクタ２８により、ファン２５は後方部１４Ｃに接続される。ファンアセンブリ１４Ｂも、前方部１４Ａに、後方部１４Ｃを通らずに、直接接続される。本実施形態では後方部１４Ｃは、ファン２５を制御するコントロールユニットを含む。前方部１４Ａにおいて、多数の孔３０または換気孔が配置される。これら孔は、適切なサイズを持ち、適切な場所にあり、適切な数である。孔３０の目的は、電源部における熱発生部品の冷却を高めることである。孔３０はファン２５からの気流の一部を電源部に通し、冷却効果を与えるように配される。

モジュール１４の様々な部分１４Ａ-１４Ｃ間の全ての接続は、望ましくはモジュールの内部に配置される。望ましくは、モジュール１４の異なる部分１４Ａ−Ｃは、すなわちモジュール１４全体は、共通の筺体に組み込まれる。筺体は、望ましくは、金属板からなる。

図５は本発明の実施形態に係るサブラックの概略断面図である。サブラック１０は、互いに隣接した２個のモジュール１４を含む。エアインテークの大部分は、矢印Ａ１にあるように、（サブラック１０の底部に斜めに配置された）フィルタを備えたエアインテーク１２を通る。他のエアインテークＡ２及びＡ３は、モジュール１４の前方部に配置された電源部を通る。外気は前方から電源部に導入され、熱を発生する回路上に導入され、その後、電源部品の底部に設けられた孔３０を通って下方に向かう。モジュール１４を互いに隣接させることで、電源部の冷却が高まる。特に、下側のモジュールは気流Ａ３の寄与分も受けられる。上側のモジュールがサブラックから取り外されると、サブラックに設けられたエアバルブ、フラップ、または同様の構成（不図示）が、下に回転または降りて、下側のモジュールからの空気の漏れを防いで、気流が直接サブラック１０の内部を通って出ることを可能にする。しかし、２個のモジュールが互いに隣接する必要はなく、例えば１個のモジュールをサブラックの底部に、一方、もう１個のモジュールをサブラックの最上部に配置してもよいが、この場合、上で述べた利点は生かせない。さらに多くの電源／ファンモジュール１４は余分なスペースを取ることになるが、モジュール１４の数も１個のサブラックにつき２個に限られない。サブラック１０の上に他のサブラックが積み上げられるならば、排出する空気を上に配置したサブラックの後ろに導入されるであろう。ケーブル棚１８の後ろには、圧力調整部３２が配置される。圧力調整部３２は、単にケーブル棚１８の後ろの空いたスペースである。この空いたスペースはファン２５から来る冷却用空気を均等に配分するのに貢献し、全てのカードがほぼ同等の冷却を受ける。背面部３４はサブラックの後部に配置される。本発明によれば、電源部は、望ましくは知られた対策に比べて下に設けられるため、それにしたがって、背面部３４は、モジュール１４と接続するために、下方に延長されるであろう。カードからのケーブル３５は、ケーブル棚１８に組み込まれ、例えば、カードと通信プラットフォームとの間の通信を確保する光または電気信号ケーブルとなる。背面部３４は、モジュール１４の後部に備えられた対応するコネクタ２４に接続するためのコネクタ３６を備える。背面部３４の機能は、カードケージ２０内の全てのカードに電力を供給することにある。さらに、背面部はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）またはバスを介したカード間の通信も管理する。背面部における電力は、例えば２４００Ｗで電圧は４８Ｖである。

図６は本発明の第２実施形態に係るモジュール４０の概略断面図である。モジュール４０の全般的な機能は例えば図４にあるモジュール１４の機能と同様である。したがって、上記のものと基本的に対応する機能の参照符号は同じものとする（例えば、孔３０、ファン２５、コネクタ２２、２４）。このことはさらに、以下に述べる実施形態においても適用する。

さらに、電源（前方）部４０Ａとファンアセンブリ４０Ｂはそれぞれ、電源部１４Ａとファンアセンブリ１４Ｂに対応する。第２実施形態と上記の実施形態との主な相違点は、前方部４０Ａと３８部はコネクタ２４を含む、すなわちコネクタ部（または後方部）は、もはやファンアセンブリ４０Ｂから切り離され、モジュール４０の左右両側方に配置される。これは、ファンアセンブリ４０Ｂの内部には、別々のケーブルまたはバスバーがないことを意味する。ファンアセンブリ４０Ｂの領域のトータルも、上記の実施形態より大きくすることができ、トータルの冷却効果は高いものとなる。しかし、圧力調整セクション３２は、ファン２５と冷却されるカードケージ２０のカードとの間に位置するものの、本実施形態は、カードケージ２０の右端及び左端に位置するカードの冷却がわずかに悪化することもある。

図７は本発明の第３実施形態に係るモジュール４２の概略断面図である。第３実施形態と上記の実施形態との主な相違点として、複数の部分が基本的に１つの部分になっていることが分かる。モジュール４２は、基板に開けられた孔等にファン２５を有する連続した基板を備える。この対策によれば、別々のケーブルまたはバスバーがないことを意味し、全ての接続は一つの共通かつ連続した部品上に配置することができる。さらに、ファンは、基本的にモジュール４２の幅全体に広がり、サブラック１０の最適な冷却に近くなる。

図８は本発明の第４実施形態に係るモジュール４４の概略断面図である。電源／前方部４４Ａは、電源／前方部１４Ａ及び４０Ａに対応する。ファンアセンブリ４４Ｂは、おおよそファンアセンブリ１４Ｂ及び４０Ｂに対応する。しかし、本実施形態ではファンアセンブリ４４Ｂは、コネクタ部３８に対応するコネクタ部４６により分けられた、別々の２つのファンアセンブリからなる。第２実施形態と比較して、本実施形態ではカードケージ２０の右端及び左端に位置するカードに優れた冷却を与える。中央に位置するカードは、カードの（左右）両サイドに位置するファンからの冷却を受けるため、これらの中央に位置するカードは、第２実施形態におけるカードケージ２０の右端及び左端に位置するカードほどには加熱にさらされることはないはずである。もし追加のファン及びファンアセンブリ４４Ｂを考慮するならば、さらなるコネクタ部４６はこれらの追加のファンアセンブリ４４Ｂの間に配置でき、ファンアセンブリ４４Ｂの間の距離を縮めることで、空冷が均一に広がる。

示された実施形態において、モジュール１４は水平に配置され、カードケージ内のカードは垂直に配置される。代わりにカードを水平に配置し、モジュールをカードケージの左右に配置してもよい。しかし、この場合、いくらかの不利はある。例えば、サブラックの幅がカードケージの高さより長くなり、モジュールがサブラックから大きく突き出さない限り、電源部のスペースは小さなものとなる。

Claims (15)

1. 通信用のサブラックのためのモジュールであって、
   前記モジュールは、前記サブラックに取り外し可能に搭載されるように構成され、
   外部電源へ前記モジュールを接続する電力ケーブルを受け入れるための１個以上の入力コネクタと、
   前記外部電源に起因する電気ノイズを除去する回路を含み、前記サブラックの背面部への電力供給を確保するための給電部と、
   前記サブラックを冷却するための１個以上のファンアセンブリと、
   前記モジュールを前記背面部に接続するための１個以上の出力コネクタと
   を備えることを特徴とするモジュール。
2. 前記モジュールの様々な部分の間の全ての接続は、前記モジュール内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記サブラックに、水平に搭載されることを特徴とする請求項１または２に記載のモジュール。
4. 金属板からなる筺体を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール。
5. 前記モジュールの前記給電部の底部に１個以上の換気孔を備え、外気が前記給電部の前面部に入り、前記換気孔を通って前記給電部から出ることが可能である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモジュール。
6. 前記モジュールの前部に、前記給電部及び電力ケーブルを受け入れるための前記１個以上の入力コネクタを有する電源部と、
   前記モジュールの後部に、前記モジュールを前記背面部に接続するための前記１個以上の出力コネクタを有するコネクタ部と、
   前記電源部と前記コネクタ部の間に、１個以上のファンを有するファンアセンブリと
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
7. 前記電源部と前記コネクタ部との間の電源接続は、前記ファンアセンブリの内部に配置された電力ケーブルによってなされることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
8. 前記電源部と前記コネクタ部との間の電源接続は、前記ファンアセンブリの内部に配置されたバスバーによってなされることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
9. 前記給電部と、電力ケーブルを受け入れるための前記１個以上の入力コネクタと、前記１個以上のファンアセンブリと、前記モジュールを前記背面部に接続するための前記１個以上の出力コネクタと、が１つの共通回路基板に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
10. 前記モジュールの前部に、前記給電部及び電力ケーブルを受け入れるための前記１個以上の入力コネクタを有する電源部と、
    前記電源部の後ろに、１個以上のファンを有するファンアセンブリと、
    前記モジュールの後部かつ前記ファンアセンブリの左側及び右側の少なくとも一方に、前記電源部から前記モジュールの後部にわたり伸張し、前記モジュールを前記背面部に接続するための前記１個以上の出力コネクタを有するコネクタ部と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
11. 前記モジュールの前部に、前記給電部及び電力ケーブルを受け入れるための前記１個以上の入力コネクタを有する電源部と、
    前記電源部の後ろに、各々が１個以上のファンを有する複数のファンアセンブリと、
    前記モジュールの後部かつ異なる前記ファンアセンブリの間に、前記電源部から前記モジュールの後部にわたり伸張し、前記モジュールを前記背面部に接続するための前記１個以上の出力コネクタを有する１個以上のコネクタ部と
    を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
12. 前記電源部と前記コネクタ部は１つの共通回路基板に配置されることを特徴とする請求項１０または１１に記載のモジュール。
13. 通信用のサブラックであって、
    カードを収容するように構成されたケージと、
    フィルタを備えたエアインテークと、
    ２個以上の取り外し可能に搭載されたモジュールと
    を備え、
    それぞれの前記モジュールは、
    外部電源へ前記モジュールを接続する電力ケーブルを受け入れるための１個以上の入力コネクタと、
    前記外部電源に起因する電気ノイズを除去する回路を含み、前記サブラックの電力供給を確保するための給電部と、
    前記サブラックを冷却するための１個以上のファンと、
    前記モジュールを前記サブラックの背面部に接続するための１個以上の出力コネクタと
    を備え、
    前記背面部は、前記カードへ配電及び信号伝達するように構成され、前記２個以上のモジュールへ接続するための入力コネクタを有する
    ことを特徴とするサブラック。
14. 前記２個以上のモジュールは互いに隣接していることを特徴とする請求項１３に記載のサブラック。
15. 前記モジュールは水平に配置されることを特徴とする請求項１３または１４に記載のサブラック。