CN110323656B - 冷却装置、激光输出头以及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，公开了冷却装置、激光输出头以及激光器。一种冷却装置，包括外壳体和装设在所述外壳体内的内壳体，所述内壳体与所述外壳体之间形成冷却通道；所述外壳体形成有与所述冷却通道连通的第一孔道和第二孔道，所述第一孔道和所述第二孔道对称分布；所述内壳体的外壁形成有分隔结构，所述分隔结构将所述冷却通道分隔成连通的第一热交换空间和第二热交换空间，其中所述第一热交换空间与所述第一孔道连通，所述第二热交换空间与所述第二孔道连通。本发明实施例中的冷却装置能够不断吸收并导出激光输出头工作过程中产生的热量，具有装配过程简易、结构简单等优点。

Description

冷却装置、激光输出头以及激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，公开了冷却装置、激光输出头以及激光器。

背景技术

激光输出头在输出激光的过程中容易产生热量，因此需要对激光输出头进行冷却。

发明人在研究本发明的过程中发现，现有技术中激光输出头的冷却装置存在结构复杂、冷却效果不佳、容易出现冷却液泄露等诸多问题。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、冷却效果显著且不易出现冷却液泄露的冷却装置、激光输出头以及激光器。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种冷却装置，包括外壳体和装设在所述外壳体内的内壳体，所述内壳体与所述外壳体之间形成冷却通道；所述外壳体形成有与所述冷却通道连通的第一孔道和第二孔道，所述第一孔道和所述第二孔道对称分布；所述内壳体的外壁形成有分隔结构，所述分隔结构将所述冷却通道分隔成连通的第一热交换空间和第二热交换空间，其中所述第一热交换空间与所述第一孔道连通，所述第二热交换空间与所述第二孔道连通。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述外壳体内形成有前腔、中腔以及尾腔，所述第一孔道和所述第二孔道分别连通至所述中腔。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述第一孔道的轴线与所述第二孔道的轴线的夹角小于180度。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述内壳体内形成有光阑安装腔、端帽安装腔以及剥模器安装腔，所述光阑安装腔与所述端帽安装腔连通，所述剥模器安装腔与所述端帽安装腔连通。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述剥模器安装腔形成有反射结构，并且所述剥模器安装腔经过发黑处理。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述端帽安装腔镀有反光层和/或经过抛光处理。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述内壳体一端的外壁形成有第一密封结构，所述内壳体另一端的外壁形成有第二密封结构，所述内壳体的外壁、所述第一密封结构、所述第二密封结构以及所述外壳体的内壁围合成所述冷却通道。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述第一密封结构与所述第二密封结构之间为所述内壳体的冷却段和通流段，其中所述冷却段与所述第二密封结构相邻，所述通流段与所述第一密封结构相邻。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述分隔结构包括第一分隔条和第二分隔条，所述第一分隔条和第二分隔条凸出于所述内壳体的外壁。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述内壳体的外壁形成有散热结构。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述散热结构包括多条散热条。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光输出头，所述激光输出头包括上述任意一种冷却装置。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光器，包括光路组件和电路组件。所述光路组件中的激光输出头包括上述任意一种冷却装置。

与现有技术相比，本发明公开的技术方案主要有以下有益效果：

本发明实施例中的冷却装置通过在内壳体与外壳体之间形成冷却通道，使得冷却液在冷却通道内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道连通的第一孔道和第二孔道将冷却液导入冷却通道并且将冷却液从所述冷却通道导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。此外本发明实施例中的冷却装置具有装配过程简易、结构简单等优点。

附图说明

图1为本发明的一实施例中冷却装置的立体图；

图2为本发明的一实施例中冷却装置的剖面图；

图3为本发明的一实施例中外壳体的剖面图；

图4为本发明的一实施例中内壳体的立体图；

图5为本发明的一实施例中内壳体的剖面图；

图6为图2中区域Ⅰ的放大图；

图7为图2中区域Ⅱ的放大图。

主要附图标记说明

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。具体实施方式中涉及到的冷却装置只是较佳的实施例，并非本发明所有可能的实施例。本发明的权利要求书、说明书以及说明书附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

下面将结合附图对本发明的冷却装置进行详细说明。

参考图1和图2，其中图1为本发明的一实施例中冷却装置的立体图，图2 为本发明的一实施例中冷却装置的剖面图。

一种冷却装置，应用于激光输出头，包括外壳体1和装设在所述外壳体1 内的内壳体2，所述内壳体2与所述外壳体1之间形成冷却通道3。外壳体1形成有与冷却通道3连通的第一孔道11和第二孔道12，所述第一孔道11和所述第二孔道12对称分布。内壳体2的外壁形成有分隔结构21，所述分隔结构21 将冷却通道3分隔成连通的第一热交换空间31和第二热交换空间32，其中所述第一热交换空间31与第一孔道11连通，所述第二热交换空间32与第二孔道12 连通。通过在内壳体2与外壳体1之间形成冷却通道3，使得冷却液在冷却通道 3内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道3连通的第一孔道 11和第二孔道12将冷却液导入冷却通道3并且将冷却液从所述冷却通道3导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。

参考图2至图5，其中图3为本发明的一实施例中外壳体1的剖面图，图4 为本发明的一实施例中内壳体2的立体图，图5为本发明的一实施例中内壳体2 的剖面图。

在本发明的实施例中，如果第一孔道11作为冷却液流入冷却通道3的通道，则第二孔道12作为冷却液从冷却通道3流出的通道。如果第二孔道12作为冷却液流入冷却通道3的通道，则第一孔道11作为冷却液从冷却通道3流出的通道。以图2中带箭头的虚线示意的冷却液流向为例，冷却液从第二孔道12流入第二热交换空间32，然后由第二热交换空间32流入第一热交换空间31，最后从第一孔道11流出。冷却液流经第二热交换空间32和第一热交换空间31时吸收并导出所述内壳体2的热量，起到冷却内壳体2的作用。第一孔道11和第二孔道12内形成有螺纹等用于连接的结构，便于所述第一孔道11和第二孔道12 连接冷却液的传输管道。在本发明的实施例中，适用于所述冷却装置的冷却液包括但不限于冷却水。

如图2中所示意的，在一种可能的实施方式中，第一孔道11的轴线与第二孔道12的轴线的夹角θ小于180度。也即第一孔道11相对于第一热交换空间 31倾斜，第二孔道12相对于第二热交换空间32倾斜。与第一孔道11垂直于第一热交换空间31时相比，第一孔道11倾斜于第一热交换空间31会使得冷却液在第一孔道11和第一热交换空间31的结合处受到的阻力相对较小，有利于冷却液在第一热交换空间31内流动，也有利于冷却液经由第一孔道11流出。同样与第二孔道12垂直于第二热交换空间32时相比，第二孔道12倾斜于第二热交换空间32也会使得冷却液在第二孔道12和第二热交换空间32的结合处受到的阻力相对较小，有利于冷却液在第二热交换空间32内流动，也有利于冷却液经由第二孔道12流出。

如图3中所示意的，在一种可能的实施方式中，外壳体1内形成有前腔10、中腔20以及尾腔30，其中前腔10与中腔20连通，中腔20与尾腔30连通，第一孔道11和第二孔道12分别连通至所述中腔20。内壳体2装设在所述前腔10、中腔20以及尾腔30内。

如图4中所示意的，在一种可能的实施方式中，内壳体2的分隔结构21包括第一分隔条211和第二分隔条212，所述第一分隔条211和第二分隔条212凸出于内壳体2的外壁。

内壳体2一端的外壁形成有第一密封结构22，内壳体2另一端的外壁形成有第二密封结构23。内壳体2中间部位的外壁形成有散热结构24，所述散热结构24用于扩大内壳体2与冷却液的接触面积，以提高冷却液与内壳体2之间的导热效率，增强对内壳体2的冷却效果。

在一种可能的实施方式中，第一密封结构22与第二密封结构23之间为内壳体2的冷却段25和通流段26，其中冷却段25与第二密封结构23相邻，通流段26与第一密封结构22相邻。冷却段25用于与外壳体1的中腔20形成第一热交换空间31和第二热交换空间32。通流段26用于连通第一热交换空间31和第二热交换空间32。冷却液流过冷却段25和通流段26时吸收并导出冷却段25 和通流段26的热量。

在一种可能的实施方式中，第一分隔条211和第二分隔条212分布于内壳体2的冷却段25，将所述冷却段25分割成两个部分，其中一个部分与外壳体1 的中腔20形成第一热交换空间31，而另一个部分与外壳体1的中腔20形成第二热交换空间32。冷却段25形成有与第二密封结构23相接的环形阶213。第一分隔条211和第二分隔条212从所述环形阶213开始延伸，一直延伸到冷却段25与通流段26的交界处。

在一种可能的实施方式中，散热结构24分布于内壳体2的冷却段25。具体而言，散热结构24包括多条凸出于冷却段25的散热条241。由于外壳体1与内壳体2组装完成后，第一孔道11和第二孔道12的位置邻近环形阶213，因此多条散热条241不与环形阶213连接，有利于冷却液从所述第一孔道11或者第二孔道12流入或者流出。

在一种可能的实施方式中，每一条散热条241相对于冷却段25外壁的厚度小于或等于第一分隔条211或第二分隔条212相对于冷却段25外壁的厚度。散热条241的数量N、相邻两条散热条241之间的间距D、散热条241相对于冷却段25外壁的厚度H与第一孔道11和第二孔道12中任意一个的横截面面积S 满足：D×H×N≥S。假定散热条241的长度为L，则散热结构24有效的散热面积α＝(D+2×H)×L×N。假定散热条241的宽度为d，在冷却段25的外周长W一定时，N＝W÷(D+d)。结合公式α＝(D+2×H)×L×N可知，如果要获得尽可能大的散热面积α，则需要尽可能增大散热条241相对于冷却段25外壁的厚度H，减小散热条241的宽度d和相邻两条散热条241之间的间距D。

在一种可能的实施方式中，第一密封结构22和冷却段25组装在外壳体1 的中腔20内，第二密封结构23组装在外壳体1的尾腔30内。冷却液流经冷却通道3时吸收并导出冷却段25的热量。内壳体2的外壁、第一密封结构22、第二密封结构23以及外壳体1的内壁围合成冷却通道3。第一密封结构22与中腔 20密封，第二密封结构23与尾腔30密封，起到密封冷却通道3的作用。

如图5中所示意的，在一种可能的实施方式中，内壳体2内形成有光阑安装腔100、端帽安装腔200以及剥模器安装腔300，所述光阑安装腔100与所述端帽安装腔200连通，所述剥模器安装腔300与所述端帽安装腔200连通。光阑安装腔100用于安装激光输出头的光阑，端帽安装腔200用于安装激光输出头的输出端帽，剥模器安装腔300用于安装激光输出头的剥模器。端帽安装腔 200与剥模器安装腔300之间形成光纤通道400，剥模器中的传能光纤通过所述光纤通道400与输出端帽连接。由于光纤通道400与剥模器中的传能光纤的尺寸相适应，因此所述光纤通道400能够将大部分的回返光阻挡在端帽安装腔200 内。

在一种可能的实施方式中，端帽安装腔200镀有反光层和/或经过抛光处理。具体而言，可以在端帽安装腔200电镀镍、金、银等具有高反射率的材料。例如，在端帽安装腔200电镀镍层打底，然后在镍层上电镀金层。一般而言，电镀的金层越厚，端帽安装腔200能够承受的激光损伤阈值就越大。当内壳体2 由高熔点的金属材料制成时，也可以对端帽安装腔200进行抛光处理，使得端帽安装腔200的表面对激光具有较高的反射率。通过在端帽安装腔200镀上反光层和/或经过抛光处理，有利于增大端帽安装腔200能够承受的激光损伤阈值，起到保护激光输出头的作用。

在一种可能的实施方式中，剥模器安装腔300形成有反射结构，并且所述剥模器安装腔300经过发黑处理。剥模器安装腔300内的反射结构用于增加散射光在剥模器安装腔300内的反射次数，使得剥模器安装腔300能够充分吸收散射光的能量。由于剥模器安装腔300经过发黑处理，因此剥模器安装腔300 能够将散射光的能量转换成热能，便于冷却通道3内的冷却液吸收。具体而言，剥模器安装腔300内的反射结构可以是形成于剥模器安装腔300内壁的凹槽或者螺纹。剥模器的传能光纤剥模出来的正向包层光以及在工作过程中产生的反向包层光在剥模器安装腔300内壁的凹槽或者螺纹间进行散射，在散射过程中剥模器安装腔300内壁将正向包层光和反向包层光的光能转换成热能并传导至内壳体2的外壁，冷却通道3内的冷却液吸收内壳体2外壁的热量，使得内壳体2得到冷却。对剥模器安装腔300进行发黑处理包括但不限于镀镍。将剥模器安装腔300内的反射结构设置成凹槽或者螺纹，并对剥模器安装腔300进行发黑处理，有利于剥模器安装腔300充分吸收正向包层光、反向包层光以及其余光线的光能，有利于整体上降低激光输出头的温度。可以理解，剥模器安装腔300内的反射结构还可以是其他的构造，对剥模器安装腔300进行发黑处理还可以采用其他的工艺，因此如果只是简单的改变剥模器安装腔300内的反射结构，和/或采用其他的工艺对剥模器安装腔300进行发黑处理，都应当视为没有脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

参考图2、图3、图5以及图6，其中图6为图1中区域Ⅰ的放大图。外壳体1的前腔10的直径小于中腔20的直径，因此前腔10与中腔20之间形成有第一台阶13。第一密封结构22包括第一轴环221，所述第一轴环221相对于通流段26的外壁凸起，并且所述第一轴环221装设于中腔20内。第一轴环221 与第一台阶13之间设置有第一密封胶圈222，所述第一轴环221挤压所述第一密封胶圈222，使得所述第一轴环221与所述第一密封胶圈222之间紧密贴合，所述第一密封胶圈222与所述第一台阶13之间紧密贴合，有利于防止第一热交换空间31和第二热交换空间32内的冷却液从第一轴环221与第一台阶13之间流出。

参考图2、图3、图5以及图7，其中图7为图1中区域Ⅱ的放大图。外壳体1的中腔20的直径小于尾腔30的直径，因此中腔20与尾腔30之间形成有第二台阶14。第二密封结构23包括第二轴环231，所述第二轴环231相对于环形阶213的外壁凸起，并且所述第二轴环231装设于尾腔30内。第二轴环231 与第二台阶14之间设置有第二密封胶圈232，所述第二轴环231挤压所述第二密封胶圈232，使得所述第二轴环231与所述第二密封胶圈232之间紧密贴合，所述第二密封胶圈232与所述第二台阶14之间紧密贴合，有利于防止第一热交换空间31和第二热交换空间32内的冷却液从第二轴环231与第二台阶14之间流出。

在一种可能的实施方式中，第一轴环221的外径与第一分隔条211或第二分隔条212的外径相等，也即第一轴环221的外壁到内壳体2的轴线的距离与第一分隔条211或第二分隔条212的外壁到内壳体2的轴线的距离相等。第一轴环221、第一分隔条211以及第二分隔条212的外壁形成有螺纹，外壳体1的中腔20也形成有螺纹。第一轴环221、第一分隔条211以及第二分隔条212旋进中腔20内，使得第一轴环221、第一分隔条211以及第二分隔条212的外壁的螺纹与中腔的螺纹咬合起到固定和密封作用，同时第一轴环221向第一台阶 13挤压第一密封胶圈222，第二轴环231向第二台阶14挤压第二密封胶圈232，使得第一密封胶圈222和第二密封胶圈232产生变形起到密封的作用。外壳体1 与内壳体2组装完成后，第一台阶13与第二台阶14之间的距离等于第一轴环 221与第二轴环231之间的距离加上第一密封胶圈222和第二密封胶圈232变形后的厚度值。

在一种可能的实施方式中，通流段26的外径小于第一轴环221的外径和冷却段25的外径，使得通流段26与中腔20之间留有足够的空间供冷却液在第一热交换空间31与第二热交换空间32之间流动，并充分吸收通流段26的热量。通流段26整体向内壳体2的轴心线凹陷，并且与冷却段25和第一轴环221之间形成倒角，有利于减少冷却液流进和流出通流段26时受到的阻力，也有利于冷却通流段26内部的输出端帽。

本发明实施例中的冷却装置相对于现有技术而言主要有以下的有益效果：

1.本发明实施例中的冷却装置通过在内壳体2与外壳体1之间形成冷却通道3，使得冷却液在冷却通道3内吸收激光输出头工作过程中产生的热量，通过与冷却通道3连通的第一孔道11和第二孔道12将冷却液导入冷却通道3并且将冷却液从所述冷却通道3导出，使得冷却液能够不断导出激光输出头工作过程中产生的热量，起到冷却激光输出头的作用。

2.本发明实施例中的冷却装置通过第一密封结构22与中腔20密封，通过第二密封结构23与尾腔30密封，避免了使用胶水来密封冷却通道3。

3.本发明实施例中冷却装置的剥模器安装腔300形成有反射结构，并且所述剥模器安装腔300经过发黑处理，有利于充分地将正向包层光和反向包层光的光能转化成热能，提高了冷却装置的冷却效果。

4.本发明实施例中的冷却装置通过多条凸出于冷却段25的散热条241扩大了冷却段25与冷却液的接触面积，有利于冷却液快速吸收冷却段25的热量，并减少冷却激光输出头所需的时间。

5.本发明实施例中的冷却装置通过通流段26连通第一热交换空间31和第二热交换空间32，冷却液在通流段26的停留时间相对较长，并且所述通流段 26内部为产热相对较多的输出端帽的尾端，因此激光输出头的输出端帽能够得到充分的冷却。

6.本发明实施例中的冷却装置只需将内壳体2旋进外壳体1的中腔20内即可完成内壳体2与外壳体1组装，具有装配过程简易、结构简单等优点。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光输出头，所述激光输出头包括上述任意一种冷却装置。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种激光器，所述激光器包括光路组件和电路组件。所述光路组件中的激光输出头包括上述任意一种冷却装置。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种冷却装置，应用于激光输出头，其特征在于，包括外壳体和装设在所述外壳体内的内壳体，所述内壳体与所述外壳体之间形成冷却通道；所述外壳体形成有与所述冷却通道连通的第一孔道和第二孔道，所述第一孔道和所述第二孔道对称分布；所述内壳体的外壁形成有分隔结构，所述分隔结构将所述冷却通道分隔成连通的第一热交换空间和第二热交换空间，其中所述第一热交换空间与所述第一孔道连通，所述第二热交换空间与所述第二孔道连通；

所述分隔结构包括第一分隔条和第二分隔条，所述第一分隔条和第二分隔条凸出于所述内壳体的外壁，且所述第一分隔条和第二分隔条从环形阶开始沿所述内壳体轴向延伸设置，所述环形阶邻近所述第一孔道和第二孔道设置。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述外壳体内形成有前腔、中腔以及尾腔，所述第一孔道和所述第二孔道分别连通至所述中腔。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述第一孔道的轴线与所述第二孔道的轴线的夹角小于180度。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述内壳体内形成有光阑安装腔、端帽安装腔以及剥模器安装腔，所述光阑安装腔与所述端帽安装腔连通，所述剥模器安装腔与所述端帽安装腔连通；所述剥模器安装腔形成有反射结构，并且所述剥模器安装腔经过发黑处理。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述端帽安装腔镀有反光层和/或经过抛光处理。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述内壳体一端的外壁形成有第一密封结构，所述内壳体另一端的外壁形成有第二密封结构，所述内壳体的外壁、所述第一密封结构、所述第二密封结构以及所述外壳体的内壁围合成所述冷却通道。

7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述第一密封结构与所述第二密封结构之间为所述内壳体的冷却段和通流段，其中所述冷却段与所述第二密封结构相邻，所述通流段与所述第一密封结构相邻。

8.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述内壳体的外壁形成有散热结构。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述散热结构包括多条散热条。

10.一种激光输出头，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的冷却装置。

11.一种激光器，包括光路组件和电路组件，其特征在于，所述光路组件中的激光输出头包括权利要求1至9任意一项所述的冷却装置。

Images