一种激光器散热冷板结构的制作方法

文档序号:16092145发布日期:2018-11-27 23:08阅读:468来源:国知局

本实用新型涉及散热装置的技术领域,尤其涉及一种激光器散热冷板结构。



背景技术:

在激光器系统中,由于泵浦源的光电转换、波长转换导致的量子亏损、泵浦光泄露以及电路功率管损耗等都会产生大量的热,若热量不能及时散去,会使得器件温度过高,导致LD输出功率减小,光学器件性能弱化,影响激光器整体使用性能,甚至出现超过极限温度的现象,导致系统崩溃,因此必须通过散热装置将热量散发出去才能保障系统长效稳定的工作,激光器系统通常以散热装置的散热冷板作为泵浦源、电路装置、增益光纤及光学元件的安装载体,因此散热装置结构决定了激光器的尺寸大小,也对激光器的稳定工作性能起到决定作用。

风冷散热方式以其技术成熟、结构可靠、成本低廉等优势,广泛应用于低功率便携式激光器领域,风冷散热装置主要包括散热冷板和风扇,现有的散热冷板主要采用上基板、下基板的组合式结构,上基板的外表面安装光学器件及加工光纤跑道,下基板的外表面安装光学元件及驱动电路板,在上基板与下基板之间的区域内设置间隔排布的散热片,风扇提供冷却空气,与散热片表面进行强迫对流换热,带走废热,保证系统性能。现有的散热冷板采用的是直线式的散热片,流体在两散热片间流动属于内部流动过程,流体在壁面流动时,由于粘性作用,在贴附于壁面的流体速度实际上等于零,属于典型的无滑移边界效应;流体存在两个明显的流动区段,及流动进口区段和流动充分发展区段,入口段热边界层较薄,局部表面传热系数比充分发展段高,流体速度分布极不均匀。并且散热冷板的散热能力完全取决于换热表面积,也就是说需要增加一倍的散热功率就需要增加一倍的换热面积,从而需要成倍的增加散热片的数量、尺寸,从而导致散热冷板整体结构尺寸变大、重量变大,增加整个激光器的结构尺寸和重量,难以满足激光器紧凑化、小型化、轻量化的发展需求。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进,提供一种激光器散热冷板结构,解决目前技术中的激光器散热冷板结构需要较大的体积才能满足散热功率,增加整个激光器的结构尺寸和重量的问题。

为解决以上技术问题,本实用新型的技术方案是:

一种激光器散热冷板结构,包括上基板和下基板,其特征在于,所述的上基板与下基板之间设置了若干沿通风方向并间隔排布的散热片,散热片将上基板与下基板之间的区域分隔成若干的散热通道,并且所述的散热片沿着通风方向整体呈波浪形。本实用新型所述的激光器散热冷板结构采用沿通风方向整体呈波浪形的散热片来有效的在有限空间内增加换热面积,在保证散热片直线长度、间距和高度一致的情况下有效增加散热面积,从而有效的提高散热性能,满足散热功率的需求,在实现相同散热功率的情况下与传统的散热冷板相比大大缩小了上基板和下基板的面积,减小了散热冷板的体积尺寸和重量,满足激光器紧凑化、小型化、轻量化的发展需求。并且空气在进入波浪形的散热片的弯曲部分时,由于离心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流动,从而加强空气的扰动,减弱流体的壁面边界层效应,增加空气与散热片的对流换热系数,提高整体散热能力。

进一步的,所述的散热片在通风方向的进口和出口处呈沿通风方向的直线段,保障空气能顺利的从进口进入散热通道内,然后空气从直线段过渡到波浪形的通道内,避免空气在进口处发生反弹而导致散热通道空气流通不畅,保障长效稳定的散热性能。

进一步的,所述的散热片包括连接在上基板上的上散热片和连接在下基板上的下散热片,并且上散热片和下散热片在通风方向的横向上错位排布,结构简单,制作方便,上散热片先组装连接在上基板上,下散热片先组装连接在下基板上,然后将上基板和下基板使用焊接、铆接及螺栓连接等方式组装起来即可,装卸方便,维护效率高,。

进一步的,所述的上散热片的下端与下基板之间具有间距,下散热片的上端与上基板之间具有间距,由散热片分隔出的散热通道相互连通,提高空气的流通性,提高热交换的效率,从而提高散热性能。

进一步的,所述的上散热片和下散热片在从上基板到下基板的方向上的长度具有重叠区,使得上基板与下基板之间在通风方向的横向上呈S路径,在增加热交换面积的同时保障空气的流通性,提高散热性能。

进一步的,所述的散热片在通风方向的横向上呈直板状,结构简单,加工方便,制作成本低。

进一步的,所述的散热片在通风方向的横向上呈波浪形,进一步的增大热交换面积,提高散热性能,减小散热冷板的体积尺寸和重量,满足激光器紧凑化、小型化、轻量化的发展需求。

与现有技术相比,本实用新型优点在于:

本实用新型所述的激光器散热冷板结构采用沿呈波浪形的散热片来有效增加换热面积,从而有效的提高散热性能,在实现相同散热功率的情况下大大缩小了上基板和下基板的面积,减小了散热冷板的体积尺寸和重量,满足激光器紧凑化、小型化、轻量化的发展需求,并且保障散热通道良好的空气流通性,从而保障长效稳定的散热能力,保障激光器稳定运行。

附图说明

图1为激光器散热冷板结构在通风方向的横向上的结构示意图;

图2为图1中的A-A剖面结构示意图;

图3为激光器散热冷板结构的另一种实施例的结构示意图;

图4为波浪形散热片的空气流动示意图;

图5为直线式散热片的散热冷板结构的模拟温度分布示意图;

图6为波浪形散热片的散热冷板结构的模拟温度分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种激光器散热冷板结构,采用波浪形结构的散热片,在有限的体积内有效增大换热面积,利用散热片的曲线表面减弱流体的壁面边界层效应,增加空气与散热片的对流换热系数,提高整体散热能力,有效缩小散热冷板的整体体积、重量,满足激光器紧凑化、小型化、轻量化的发展需求。

如图1和图2所示,一种激光器散热冷板结构,包括上基板1和下基板2,上基板1和下基板2平行设置,在上基板1与下基板2之间设置了若干沿通风方向并间隔排布的散热片3,散热片3将上基板1与下基板2之间的区域分成若干的散热通道,并且散热片3沿着通风方向整体呈波浪形,为了保障空气顺利进入散热通道,将散热片3在通风方向的进口和出口处设置沿通风方向的直线段33,空气直接进入直线段33后再过渡到波浪形通道内,保障空气沿散热通道的流动顺畅性。

如图4所示,在本实施例中采用R=14的圆弧波浪型散热片,其散热面积相对直线式散热片增加10.7%,空气在进入波浪形的散热片的弯曲部分时,由于离心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流动,从而加强空气的扰动,减弱流体的壁面边界层效应,增加空气与散热片的对流换热系数(在直线型散热片计算结果上乘以修正系数CR=1+1.77(s/R)≈1.02,即换热系数增加2%),提高整体散热能力。

在本实施例中,采用上下基板组合式结构,散热片3包括上散热片31和下散热片32,上散热片31先连接在上基板1的下表面上,上基板1的上表面安装光学器件及加工光纤跑道;下散热片32现连接在下基板2上表面上,下基板2的下表面安装光学元件及驱动电路板,上、下基板使用焊接、铆接及螺栓连接等方式组装起来。并且,上散热片31的下端与下基板2之间具有间距,下散热片32的上端与上基板1之间具有间距,并且上散热片31和下散热片32在通风方向的横向上错位排布,上散热片31和下散热片32在从上基板1到下基板2的方向上的长度具有重叠区,从而使得上基板与下基板之间在通风方向的横向上呈S路径,提高空气流动性,提高散热性能。

图5和图6为仿真模拟出的热冷板结构的温度分布示意图,热边界条件为泵浦LD、电学元器件及光学元件所有发热源通过加权平均以热功率的方式添加在LD表面,如图5所示,直线式散热片的散热冷板结构的最高温度为40.7℃,最低温度为36.3℃;如图6所示,波浪形散热片的散热冷板结构的最高温度为38.8℃,最低温度为34.2℃,波浪形散热片的散热冷板结构的平均温度比直线式的低2℃。

散热片3在通风方向的横向上可以呈直板状,结构简单,加工方便;如图3所示,散热片3在通风方向的横向上还可以呈波浪形,进一步增大换热面积,提高整体散热能力,在满足散热功率的情况下有效缩小散热冷板的整体体积、重量。

以上仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制,本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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