機架單元解密：如何讓電子機箱與機櫃發揮更高效益

機架式安裝單元可能看起來不那麼華麗，但可在物理和功能層面上支撐起驅動產業的電子元件。當工程師忙著伺服器、測試設備、連接中樞等的創新時，Hammond Manufacturing 等廠商提供的標準化機架式單元，能可靠地容納電子元件並有效利用有限空間。快速瞭解機架單元的內部邏輯，就可讓工程師具備必要技能，以挑選適合專案的機架單元及配件。

機架的算術

工程師在測量元件以裝進機架系統時，需要學習另一種測量單位：機架單元。縮寫為 U，等於 1.75" 或 44.45 mm，在描述機架尺寸時，會以此測量單位取代英吋和毫米。

機架單元會以其內部軌道上可用的最大安裝空間來進行廣告宣傳。以 Hammond 的 RCK 系列機櫃 (圖 1) 為例，寬度為 24.00"，深度為 25.00" 或 32.00"，並提供六種高度，介於 26.38" 至 78.00"。可用尺寸為寬 19.00"，深度為 22.56" 或 29.56"，高度介於 21.00" 至 73.50"。根據上述 U 尺寸的定義，機櫃高度約為 15U 至 44U，可用安裝空間為 12U 至 42U，這是再挑選機架系統時要考量的效能指標。

圖 1：RCK 系列機櫃採用 16 號粉末塗層鋼板製成。安裝軌道可簡化 12U 至 42U 可用空間的使用。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

機架軌道，例如 RCK 系列機櫃隨附的軌道，就採用間距為 0.625" 的 #10-32 螺紋孔，可容納以 1U 尺寸為增量的機架元件，可符合電子元件行業協會 (ECIA) 標準 EIA-310D。RCK 系列的機櫃採用 16 號粉末塗層鋼板製成，搭配自我對齊設計，可確保元件依設計安裝，並可讓機櫃並排連接。

除了提供六種高度及兩種深度外，RCK 系列機櫃還有許多額外的訂購選項。使用者可以指定實心、通風或有色窗戶門板；挑選通風口、纜線管理穿孔和內建風扇的位置；並添加腳架、腳輪、紮線帶固定點及接地端子。

電子元件封裝

在設計機架式安裝系統時，使用者首先會思考需要機架系統的原因所在：即用來容納主要電子元件的機箱或機箱組合。像 Hammond Manufacturing RM 系列 (圖 2) 的電子機箱，就使用堅固且輕量的鋁材容納並保護精密的電子元件。

圖 2：RM 系列的電子機箱高度為 1U 至 5U，由使用者組裝的粉末塗層鋁製面板構成。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

機箱的垂直面板採用厚度為 0.125" 的粉末塗層鋁材覆蓋機箱的側面、正面及背面。較大的頂端和底部面板厚度為 0.064"。機箱提供標準尺寸，高度介於 1U 至 5U、寬度為 8.30" 和 16.60"、深度為 4.25" 至 28.00"。

機箱以未組裝的套件型式出貨，含有平坦的鋁製面板、黏著式橡膠腳墊及組裝五金。若是深度較大的型號，有另售安裝在後方機架的拉動把手與五金。全寬款式也附有安裝五金，以便與標準機架軌道介接。

若是無法裝入機箱或非配置用於機架式安裝機櫃的元件，使用者可轉用像是 Hammond Manufacturing RAS 系列 (圖 3) 這類通用機架層架。黑色粉末塗裝的層架寬度為 19"，採用 14 或 16 號鋼材，並可承重 42 lb 至 200 lb，視 1U 至 4U 高度而定。

圖 3：RAS 系列的機架層板的高度為 1U 至 4U，可承重最高 200 lb 的元件，適用於非機架式安裝設計的元件。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

在使用者知道所需的機箱或層架尺寸後，就可輕鬆計算機架中剩餘的空間。舉例而言，RCK 系列中最小的機箱具有 12U 的可用空間。使用 4U RM 機箱就可留下額外 8U 空間容納配件。

添加配件

機架式安裝系統中常見的配件包括配電源單元 (PDU)、纜線管理系統、通風風扇和機架層架。這些配件皆提供標準 19" 寬度及以 1U 為增量的高度選擇。

在上方裝在 12U RCK 機櫃中的 4U RM 機箱為例，像是 Hammond Manufacturing 的 RB-HRM 系列 (圖 4) 這類的纜線管理器很可能就是必需品，以保持安裝空間的效率與整齊。這些 1U 配件的設計採用水平安裝，以背對背方式成對排列在機櫃內，含有四個穿線開孔，以及從面板前方延伸 3.69" 的固定環，可用於固定纜線。

圖 4：RB-HRM 纜線管理面板採用固定環和穿線孔來保持纜線整齊，由 16 號鋼製成，可裝入 1U x 19" 機架空間。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

想要固定纜線的另一個原因在於確保有足夠的氣流，以免精密電子裝置過熱。機櫃提供通風選項，可促進氣流，但許多應用同時也會部署一個或多個排風扇。像 Hammond Manufacturing PPG 系列 (圖 5) 中的雙風扇單元，就可裝入 3U 面板，並能以 115 V 或 230 V 運作，可產生每分鐘 210 ft³ (CFM) 的氣流量。

圖 5：PPG 系列風扇可將空氣流量提升至 210 CFM，以排出機櫃的熱量。電線和打孔蓋可保護使用者，以免接觸到風扇葉片。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

為機箱內的電子裝置及輔助風扇提供可靠且無突波的電力則是另一項重要考量。配電單元 (PDU)，如 Hammond Manufacturing 的 1582e 系列 (圖6)，就可水平安裝在 1U x 19" 機架式安裝系統中。

圖 6：1582e 系列的 PDU 高度為 1U，具有八個插座、一個綠色開／關指示燈及 10 A 斷路器。可處理最高 240 V_AC，頻率為 50 或 60 Hz。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

1582e 系列的 PDU 額定電壓為 100 V_AC 至 240 V_AC，頻率為 50 Hz，或 120 V_AC 至 240 V_AC，頻率為 60 Hz，並含有一個 10 A 斷路器。符合多種全球或區域性標準，包括 UL、CAN/CSA、CE、UKCA 及 TÜV SÜD。

如果上述範例除了 4U 機箱、3U 風扇和 1U 纜線管理器外，還需要兩個 1U PDU，則最小的 RCK 機櫃中還會有 2U 的未使用空間。許多使用者會選擇使用空白面板來覆蓋多餘的機架單元，例如 Hammond Manufacturing 的 PBPA 系列 (圖 7)。

圖 7：PBPA 鋁製空白面板高度為 1U 至 10U，厚度為 0.125"，且經過表面處理，可配合要裝入的機櫃。(圖片來源：Hammond Manufacturing)

厚度為 0.125" 的 5052-H32 鋁製面板可透過四個固定點穩固安裝在機架上。除了為機架正面提供整潔的外觀外，更可改善機櫃內的氣流模式。

結論

標準化的機架式安裝系統可簡化為電子元件打造節省空間的外殼過程。針對機架式安裝生態系統而設計的配件，可提供電源即插即用功能、熱管理、纜線整理等特點，能讓工程師在電子裝置外殼的設計上享有靈活性。