KR102457379B1

KR102457379B1 - 스마트 emi 통풍구

Info

Publication number: KR102457379B1
Application number: KR1020187006227A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 제이. 코폴라
Original assignee: 파커-한니핀 코포레이션
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2022-10-21
Also published as: WO2017048745A1; EP3320762B1; KR20180053655A; JP2018528618A; CN108029227A; CA2994885C; MX2018003075A; CN108029227B; ES2708862T3; CA2994885A1; US20180249600A1; EP3320762A1; JP6716688B2; US10477740B2

Abstract

전자 인클로저(enclosure) 내에서 대응하는 개구 위로의 배치를 위한 EMI 차폐 통풍구 패널은, 복수의 통풍 통로를 갖는 전기 전도성 매체를 포함하고, 각각의 통로는, 입구와, 입구에 연결되고 입구로부터 멀리 연장하는 채널을 포함하고, 각각의 통로는, 활성 메커니즘의 적용 또는 제거에 따라, 적어도 제1 수축(constricted) 상태와 제2 비수축(deconstricted) 상태 사이에서 선택적으로 작동된다.

Description

스마트 EMI 통풍구

본 발명은 EMI 차폐 통풍 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력식(self-regulating) EMI 차폐 통풍구에 관한 것이다.

일반적으로, 모니터, 라디오, 컴퓨터, 의료 기기, 사무 기기, 통신 설비 등과 같은 전자 장치의 동작은 설비의 전자 회로 내의 전자기 방사(electromagnetic radiation)의 생성을 수반한다. 이러한 방사는 종종 전자기 스펙트럼의 무선 주파수 대역 내에서, 즉 대략 10 KHz 내지 10 GHz 사이의 필드 또는 과도 상태로서 발생하고, "전자기 간섭(electromagnetic interference)" 또는 "EMI"라 불린다. EMI는 다른 근접 전자 장치의 동작과 간섭하는 것으로 알려져 있다. "EMI"는 여기에서 "무선 주파수 간섭(radio frequency interference(RFI))"라는 용어와 상호 교환 가능하게 사용된다.

EMI 효과를 감쇠하기 위하여, EMI 에너지를 흡수 및/또는 반사하는 능력을 갖는 적합한 EMI 차폐가 소스 장치 내에 EMI 에너지를 한정하고 그리고 다른 소스 장치로부터 그 장치 또는 다른 "타겟" 장치를 격리하기 위하여 채용될 수 있다. 이러한 차폐는 소스와 다른 장치 사이에 개재되는 배리어(barrier)로서 제공되며, 대부분 소스 장치의 EMI 생성 회로를 둘러싸는 전기 전도성의 절연된 하우징 또는 다른 인클로저(enclosure)로서 구성된다. 그러나, 이러한 회로가 인클로저의 제한된 공간 내에 수용될 때, 회로에 의해 생성되는 열을 소산하기 위한 냉각 또는 통풍 수단을 제공하는 것이 종종 필수적이다. 따라서, 대부분의 인클로저는 인클로저의 내부와 주변 환경 사이에서 공기의 자연 또는 강제 대류 순환을 위한 하나 이상의 흡기 및/또는 배기 개구 또는 포트를 포함하여 형성된다.

덮이지 않은 채 있는 이러한 개구는 인클로저의 표면 및 접지 전도도에서 불연속을 나타낼 것이며, 인클로저의 EMI 차폐 효과를 감소시키는 결과를 초래한다. 이에 따라, 통풍구 개구에 걸친 전기적 연속성, 즉 접지가 유지되면서 인클로저의 통풍을 가능하게 하는 방식으로 차폐된 통풍구 패널이 개구를 덮기 위하여 사용되어 왔다.

기본적인 구성에서, 인클로저의 대응하는 개구에 걸치는 크기를 갖는 이러한 통풍구 패널은 통상적으로 다공성 전기 전도성 차폐 매체 시트, 즉 통풍구 개구와, 이의 외주부를 둘러싸는 것으로 매체를 지지하도록 구성된 전기 전도성 프레임 부재로부터 형성된다. 벌집 모양(honeycombed) 구조 또는 다른 셀 구조의 전도성 물질일 수 있는 매체는 사출 알루미늄, 스테인리스 스틸, 모넬(Monel) 또는 다른 물질로서 통상적으로 제공되는 프레임 내에 수용되거나 아니면 그에 부착된다. 그 다음, 프레임은 나사 또는 이와 유사한 것을 이용하여 이의 개구 위로 인클로저에 체결될 수 있고, 압축 가능한 전기 전도성 시일(seal) 또는 개스킷이 프레임과 인클로저 사이의 개선된 전기 접촉을 위하여 선택적으로 제공된다.

전자 장치의 급증을 고려하여, 업계는, 특히 개인용 컴퓨터, 파일 서버, 통신 설비 및 500 MHz 이상의 주파수로 동작하는 유사한 시스템을 위한 인클로저의 설계자는, EMI 차폐된 통풍구 패널에서의 계속되는 개선을 잘 수용할 것이라는 것이 예상된다. 사실, 전자 장치의 처리 속도가 더 높은 주파수의 EMI 방사 및 더 큰 열 출력의 수반되는 생성과 함께 계속 증가함에 따라, 인클로저 설계자는 적합한 통풍 및 효율적인 EMI 차폐를 모두 제공하는 끊임없이 경합하는 요건에 직면한다. 이러한 적용예에 있어서, 벌집형 차폐 매체는 종종 공기 흐름에 대한 더 적은 제한을 가지면서 더 높은 주파수에서 효율적인 EMI 차폐를 제공하는 것으로 알려져 있기 때문에 다른 매체에 비하여 선호될 수 있다.

본 발명의 제1 양태에서, 전자 인클로저(enclosure) 내에서 대응하는 개구 위로의 배치를 위한 EMI 차폐 통풍구 패널이 제공되고, 통풍구 패널은, 복수의 통풍 통로를 갖는 전기 전도성 매체를 포함하고, 각각의 통로는, 입구와, 입구에 연결되고 입구로부터 멀리 연장하는 채널을 포함하고, 각각의 통로는, 활성 메커니즘의 적용 또는 제거에 따라, 적어도 제1 수축(constricted) 상태와 제2 비수축(deconstricted) 상태 사이에서 선택적으로 작동된다.

일 실시예에서, 전기 전도성 매체는, 전기 활성 중합체(electroactive polymer)를 포함하고, 활성 메커니즘은 전기 전위를 포함한다. 각각의 통로는 제1 전위가 전기 전도성 매체에 인가될 때 수축되고, 제1 전위와 상이한 제2 전위가 전기 전도성 매체에 인가되거나 제1 전위가 제거될 때, 수축이 풀릴 수 있다.

일 실시예에서, 전기 활성 중합체는 정전 실리콘 탄성 중합체를 포함한다.

다른 실시예에서, 전기 전도성 매체는 형상 기억 중합체(shape memory polymer)를 포함한다.

활성 메커니즘은 전자 인클로저 내의 온도 변화를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 활성 메커니즘은 전기장을 포함한다.

일 실시예에서, 활성 메커니즘은 자기장을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, (i) 전자 인클로저 내에서 대응하는 개구 위로의 배치를 위한 EMI 차폐 통풍구 패널로서, 복수의 통풍 통로를 형성하는 복수의 셀을 갖는 전기 전도성 매체를 포함하고, 각각의 통로는, 입구와, 입구에 연결되고 입구로부터 멀리 연장하는 채널을 포함하고, 각각의 통로는, 활성 메커니즘의 적용 또는 제거에 따라, 적어도 제1 수축 상태와 제2 비수축 상태 사이에서 선택적으로 작동되는, EMI 차폐 통풍구; (ii) 전자 인클로저 내로 그리고 전자 인클로저 밖으로 방사하는 EMI 에너지를 모니터하도록 구성된 수신기; (iii) 전자 인클로저 내부의 온도를 모니터하도록 구성된 서모커플(thermocouple); 및 (iv) 수신기 및 서모커플로부터 수신된 입력에 기초하여 각각의 통로의 입구의 유효 크기를 조절하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 EMI 차폐 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 EMI 차폐 통풍구 패널을 포함하는 대표적인 전자 인클로저의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 통풍구 패널의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 육각형 셀 구조를 갖는 통풍구 패널의 예시적인 매체의 사시도이다.
도 4a 및 4b는 각각 개방된 상태 및 수축된 상태의 통풍구 패널의 일부의 개략도이다.

본 발명의 EMI 차폐 통풍구 패널은 개구에 걸쳐 EMI 차폐를 유지하면서 통풍을 제공하도록 전자 하우징 또는 인클로저에서 대응하는 개구를 덮도록 맞추어진다.

도 1을 참조하면, EMI 차폐 통풍구 패널(10)은 도면 부호 14로 점선으로 도시된 EMI 차폐 하우징과 같은 전자 인클로저의 표면(12) 상으로 장착된다. 이 대표적인 적용예 내에서, 패널(10)은, 예를 들어, 나사, 볼트 또는 다른 체결 부재를 이용하여 하우징(14) 내에 형성된 대응하는 개구 위로 장착된다. 이러한 개구는 일반적으로 도면 부호 16으로 점선으로 도시된, 미리 정의된 외부 마진을 갖는 것으로 형성될 것이고, 그 주위로 패널(10)이 외접되어, 하우징(14)의 EMI 차폐 효과를 손상시키지 않고 통풍을 제공하는 방식으로 개구를 덮는다. 그러나, 본 발명의 양태들이 다른 EMI 차폐 적용예에서 용도를 찾을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 패널(10)은 이 대신에 EMI 차폐된 방의 벽 상으로 이의 통풍 개구를 덮도록 장착될 수 있다. 따라서, 이러한 다른 적용예 내에서의 이용은 본 발명의 범위 내에 명시적으로 있는 것으로 고려되어야 한다.

도 2는 본 발명의 EMI 차폐 통풍구 패널(10)을 일반적인 구성으로 도시한다. 통풍구 패널(10)은 프레임 부재(20)와 매체(30)를 포함한다. 매체(30)는 매트릭스 구성으로 함께 결합된 복수의 셀을 포함하는 벌집형 구성으로서 도시된다. 프레임 부재(20)는 나사, 볼트 또는 이와 유사한 것과 같은 체결 부재를 수용하기 위한 장착 홀(40)을 포함할 수 있다. 이 대신에, 통풍구 패널(10)은 전기 전도성 접착제를 이용하여 인클로저의 표면에 부착되거나, 아니면 인클로저 개구 내에서의 간섭 피트(interference fit)를 위하여 구성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 통풍구 패널(10)의 매체(30)는 한 쌍의 대향하는 매체 표면(52a-b) 사이의 가로 축(50)을 따라 연장하여, 그 사이의 두께 치수를 정의한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 매체는 연관된 하우징 또는 다른 전자 인클로저의 통풍을 위하여 통과하는 냉각 공기의 흐름을 허락하기 위하여 "개방(open)"되거나 아니면 다공성인 6각형, 즉 벌집형이거나 또는 다른 셀형의 구조를 가진다. 셀(32)의 각각은 개구(33)를 갖고 두께 방향을 통해 연장하는 통풍 통로를 형성한다.

전자 인클로저의 제조자는 종종 인클로저를 설계하는데 있어서 공기 흐름과 EMI 감쇠를 절충하여야 한다. 이것은 공기 흐름/EMI 트레이드오프이다. 주어진 시간에 필요하지 않을 때에도, 설계 옵션은 정적이며 시스템의 성능에 제한을 부가한다. 이러한 공기 흐름/EMI 트레이드오프 비율이 동적인(dynamic) 것으로 만드는 것은 전자 인클로저의 제조자가 단일 통풍구로 동적인 요건을 충족하게 한다. 예를 들어, 동적 EMI 통풍구는 EMI 차폐 효과에 대한 필요성이 감소하고 있거나 더 이상 존재하지 않을 때 인클로저를 통한 공기 흐름을 최대화하거나 증가시키는 것을 가능하게 한다. 더 낮은 온도에서 동작하는 전자 장치는 더 긴 서비스 수명을 가질 수 있다.

본 발명의 EMI 차폐 통풍구는 주어진 시간에 필요한 레벨 및 공기 흐름, 즉 냉각에 따라 셀의 어퍼처(aperture) 크기를 스스로 조정한다. EMI 차폐 시스템은, (i) 공기의 통과를 허용하는 복수의 셀, 슬롯 또는 개구를 갖는 통풍구 패널; (ii) 장치로부터 방사하고 다른 장치로부터 방사하는 EMI 에너지를 모니터하는 적어도 하나의 수신기; (iii) 전자 인클로저 내부의 온도를 모니터하기 위한 서모커플(thermocouple); 및 수신기 및 서모커플로부터 전송된 프로세스 조건에 따라 유효 셀 크기를 조절하기 위한 컨트롤러를 포함한다.

통풍구 패널의 셀 또는 개구는 간단한 기계 장치, 전기 활성 중합체(electroactive polymer), 형상 기억 중합체(shape memory polymer) 또는 다른 형상 변형 물질을 포함할 수 있다. 전기 활성 중합체(EAP)는, 예를 들어, 전기장에 응답하여 신장(stretching), 수축(contracting) 또는 벤딩(bending)과 같은 기계적 응답을 나타내는 중합체 또는 기계적 스트레스에 응답하여 에너지를 생성하는 중합체다. 전기 활성 중합체의 한 유형은 전위가 중합체에 걸쳐 인가될 때 압축하고 전위가 제거될 때 팽창할 것이다. 전기 활성 중합체의 일례는 정전 실리콘 탄성 중합체(electrostatic silicone elastomer)다.

형상 기억 중합체(SMP)는 온도 변화, 전기장 또는 자기장과 같은 외부 트리거에 의해 유도되는 변형된 상태(즉, 임시 상태)로부터 자신의 원래(영구) 형상으로 복귀하는 능력을 갖는 중합체 스마트 물질이다. SMP는 열가소성 또는 열경화성 중합체 물질을 포함한다. SMP는 중합체 제조 공정에서 통상적으로 사용되는 압출(extrusion), 몰딩(molding), 성형(forming) 등과 같은 표준 처리 방법을 이용하여 다양한 복잡한 형상으로 형성될 수 있다. 전도성 SMP 합성물의 예는 전도성 필러(filler)를 함유하는 중합체를 포함한다. 이러한 전도성 필러는 탄소 나노튜브, 단형 탄소 섬유(short carbon fiber), 카본 블랙(carbon black) 및 금속 Ni 파우더와 이들 중 2 이상의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 자력식(self-regulating) EMI 차폐 통풍구 패널의 일 실시예의 동작이 도시된다. 복수의 셀(32)은 전기 활성 중합체 또는 다른 형상 기억 물질로 구성된다. 복수의 셀은 컨트롤러(40)에 전기적으로 결합된다. 컨트롤러(40)는 수신기(36)와 서모커플(34)에 전기적으로 결합된다. 수신기(36)는 인입하는(incoming) 방사의 EMI 에너지(E)를 측정한다. 서모커플(34)은 전자 인클로저(14) 내부의 온도를 판단한다. 컨트롤러(40)는 수신기(36)와 서모커플(34)로부터 수신된 데이터에 기초하여 유효 셀 어퍼처(33)를 조절한다.

도 4a에서, EMI 에너지(E₁)는 상대적으로 낮은 주파수와 상대적으로 높은 파장을 갖는다. 컨트롤러(40)에 의해 수신기(36) 및 서모커플(34)로부터 수신된 데이터에 응답하여, 셀(32)의 개구(33)는 S₁의 유효 셀 크기를 갖도록 컨트롤러에 의해 구성된다. 도 4b에서, EMI 에너지(E₂)는 상대적으로 높은 주파수와 상대적으로 낮은 파장을 갖는다. 컨트롤러(40)에 의해 수신기(36) 및 서모커플(34)로부터 수신된 데이터에 응답하여, 셀(32)의 개구(33)는 S₂의 유효 셀 크기를 갖도록 컨트롤러에 의해 구성된다. 셀(32)의 전기 활성 중합체가 셀(32)의 형상을 변경하도록 컨트롤러에 의해 트리거됨에 따라, S₂는 S₁보다 작다.

본 발명의 통풍구 패널은 다양한 적용예에서 다양한 조건 하에서 사용될 수 있다.

본 발명이 소정의 실시예 또는 실시예들에 관하여 도시되고 설명되었지만, 균등한 변경 및 수정이 본 명세서와 첨부된 도면을 읽고 이해한 것에 따라 당해 기술 분야에서의 통상의 기술자에게 발생할 것이라는 것이 명백하다. 특히, 전술한 요소(부품, 어셈블리, 장치, 구성 등)에 의해 수행된 다양한 기능에 관하여, 이러한 요소를 설명하기 위하여 사용된 용어("수단(means)"에 대한 참조 포함)는, 달리 지시되지 않는다면, 본 발명의 여기에서 예시된 예시적인 실시예 또는 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 균등하지 않더라도, 설명된 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 요소에 대응하도록(즉, 기능적으로 균등한 것) 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 여러 예시된 실시예들 중 하나 이상에 관하여만 전술되었지만, 임의의 주어지거나 특정된 애플리케이션을 위하여 바람직하거나 유익한 바에 따라, 이러한 특징은 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다.

Claims

전자 인클로저(enclosure) 내에서 대응하는 개구 위로의 배치를 위한 EMI 차폐 통풍구 패널에 있어서,
복수의 통풍 통로를 갖는 전기 전도성 매체를 포함하고,
각각의 상기 통로는, 입구와, 상기 입구에 연결되고 상기 입구로부터 멀리 연장하는 채널을 포함하고,
각각의 상기 통로는, 활성 메커니즘의 적용 또는 제거에 따라, 적어도 제1 수축(constricted) 상태와 제2 비수축(deconstricted) 상태 사이에서 선택적으로 작동되는,
EMI 차폐 통풍구.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 매체는, 전기 활성 중합체(electroactive polymer)를 포함하고, 상기 활성 메커니즘은 전기 전위를 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
제2항에 있어서,
각각의 상기 통로는 제1 전위가 상기 전기 전도성 매체에 인가될 때 수축되고, 상기 제1 전위와 상이한 제2 전위가 상기 전기 전도성 매체에 인가되거나 상기 제1 전위가 제거될 때, 수축이 풀리는,
EMI 차폐 통풍구.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 전기 활성 중합체는 정전 실리콘 탄성 중합체(electrostatic silicone elastomer)를 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
제1항에 있어서,
상기 전기 전도성 매체는 형상 기억 중합체(shape memory polymer)를 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
제5항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 상기 전자 인클로저 내의 온도 변화를 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
제1항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 전기장을 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
제1항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 자기장을 포함하는,
EMI 차폐 통풍구.
전자 인클로저(enclosure) 내에서 대응하는 개구 위로의 배치를 위한 EMI 차폐 통풍구 패널로서, 복수의 통풍 통로를 형성하는 복수의 셀을 갖는 전기 전도성 매체를 포함하고, 각각의 상기 통로는, 입구와, 상기 입구에 연결되고 상기 입구로부터 멀리 연장하는 채널을 포함하고, 각각의 상기 통로는, 활성 메커니즘의 적용 또는 제거에 따라, 적어도 제1 수축(constricted) 상태와 제2 비수축(deconstricted) 상태 사이에서 선택적으로 작동되는, 상기 EMI 차폐 통풍구 패널;
상기 전자 인클로저 내로 그리고 상기 전자 인클로저 밖으로 방사하는 EMI 에너지를 모니터하도록 구성된 수신기;
상기 전자 인클로저 내부의 온도를 모니터하도록 구성된 서모커플(thermocouple); 및
상기 수신기 및 상기 서모커플로부터 수신된 입력에 기초하여 각각의 상기 통로의 입구의 유효 크기를 조절하도록 구성되는 컨트롤러
를 포함하는,
EMI 차폐 시스템.
제9항에 있어서,
상기 전기 전도성 매체는, 전기 활성 중합체(electroactive polymer)를 포함하고, 상기 활성 메커니즘은 전기 전위를 포함하는,
EMI 차폐 시스템.
제10항에 있어서,
각각의 상기 통로는 제1 전위가 상기 전기 전도성 매체에 인가될 때 수축되고, 상기 제1 전위와 상이한 제2 전위가 상기 전기 전도성 매체에 인가되거나 상기 제1 전위가 제거될 때, 수축이 풀리는,
EMI 차폐 시스템.
제9항에 있어서,
상기 전기 전도성 매체는 형상 기억 중합체(shape memory polymer)를 포함하는,
EMI 차폐 시스템.
제12항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 상기 전자 인클로저 내의 온도 변화를 포함하는,
EMI 차폐 시스템.
제9항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 전기장을 포함하는,
EMI 차폐 시스템.
제9항에 있어서,
상기 활성 메커니즘은 자기장을 포함하는,
EMI 차폐 시스템.