CN104335693B - 太阳电池阵驱动装置 - Google Patents
太阳电池阵驱动装置Info
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Abstract
本发明公开了一种太阳电池阵驱动装置，包括：驱动滚动旋转的A轴机构和驱动俯仰运动的B轴机构。A轴机构包括：A轴电机、减速器、驱动轴，在驱动轴的一侧设置有功率与信号传输装置。A轴电机通过驱动轴的传递使太阳电池阵可在±360°范围内实现滚动方向的对日定向跟踪。B轴机构包括：B轴电机、减速器，减速器的柔轮与一个支撑轴转动连接。B轴机构中电机经过减速器减速和力矩放大，使太阳电池阵可在±90°范围内实现俯仰方向的对日定向。本发明解决了太阳电池阵不能始终对准太阳光线的问题，取得了提高电能传输和跟踪精度的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动机构，尤其是太阳电池阵对日定向跟踪，同时又能将太阳电池阵发出的电功率和测量信号传输给飞行器舱内电源设备的驱动装置。
背景技术
目前，国内应用于太阳电池阵驱动的装置仅有单自由度的驱动形式，没有类似本发明的两自由度驱动机构。单自由度太阳电池阵驱动机构的不足之处主要表现在：
a.不能使太阳电池阵面与太阳光线保持垂直，无法消除两者之间的偏差，使太阳电池阵无法获得最佳光照效果，导致发电效率损失较大，需要卫星加大太阳电池阵的面积来弥补其损失，这样，卫星尺寸和重量相应的增加，带来发射成本增高；
b.不适应中低轨道卫星长时间低轨道运行的要求，中低轨道卫星轨道面存在较大的进动及漂移，致使太阳光入射与运行轨道之间的夹角(即太阳入射角)变化；
c.不适应倾斜轨道卫星太阳电池阵需偏置一定角度的要求；
d.不适应轨道变动能力要求高的飞行器，如飞行器在200～700km内变动，当然，也使姿轨控系统的工作模式复杂化。
与本发明相关的一种装置是在转台上采用回转和俯仰运动机构，其原理是一种通过驱动机构两个旋转轴的转动使太阳电池阵具有滚动和俯仰两个方向运动的自由度，实现太阳电池阵的准确对日定向，输出最大的发电功率。在国外，前苏联曾有类似驱动机构成功用于低轨道卫星太阳电池阵的驱动，但其类似驱动机构的滚动和俯仰转动角度范围小，其电能传输采用电缆传输，机构运动时的滚动角度范围只能达到±90°，俯仰转动的角度范围只能达到±65°；而且，其传动链复杂，指向精度低、且保持刚度较小。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳电池阵驱动装置。利用本发明，克服了上述采用单自由度驱动机构时存在太阳电池阵不能始终对准太阳光线的问题，获得最佳光照效果。同时，也克服了上述采用传统的两自由度旋转机构无法满足实现电能的传输和跟踪精度的缺点，以及由于两个旋转轴之间不同的相互关系，在飞行器上安装和运行时会影响星载设备和装置的问题。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种太阳电池阵驱动装置，该装置包括：
驱动滚动旋转的A轴机构和驱动俯仰运动的B轴机构；A轴机构驱动太阳电池阵做±360°的滚动运动，B轴机构带动太阳电池阵连同A轴机构做±90°的俯仰运动。A轴机构与B轴机构安装于安装支架上。A轴机构通过A轴壳体与B轴机构的B轴壳体固连。安装支架通过联接螺栓安装在飞行器上；A轴机构顶部具有一个对接法兰，通过联接螺栓与太阳电池阵连接。
上述A轴机构包括：A轴电机与第一减速器输入端6相连接，第一减速器输出端5与驱动轴连接，驱动轴与太阳电池阵相连接。在驱动轴的一侧设置有功率与信号传输装置，其一端同太阳电池阵的输出电路相连接，另一端同飞行器舱内电源设备相连接。A轴电机的定子及功率与信号传输装置的固定端与壳体固定。A轴电机通过驱动轴的传递使太阳电池阵可在±360°范围内实现滚动方向的对日定向跟踪，具有捕获、跟踪、停止、保持等对日定向功能。
上述B轴机构包括：B轴电机的输出轴与第二减速器输入端9相连接，第二减速器输出端10与B轴壳体固定，减速器的柔轮与支撑轴转动连接，绕支撑轴转动，通过B轴壳体带动与其相连接的A轴壳体旋转。支撑轴与安装支架连接。B轴机构中电机输出的转速和力矩，经过减速器减速和力矩放大，通过输出端带动壳体转动，使太阳电池阵可在±90°范围内实现俯仰方向的对日定向，具有捕获、跟踪、停止、保持等对日定向功能。
本发明太阳电池阵驱动装置，由于采用A轴机构驱动滚动运动、B轴机构带动太阳电池阵连同A轴机构做俯仰运动、采用柱式功率与信号传输装置传输电能，因此，结构上直径尺寸得到有效控制，有利于太阳电池阵与飞行器舱体的安装(缩小整体包络尺寸)。在模拟空间环境试验的考核中可以实现A轴(滚动轴)±360°，B轴(俯仰轴)±90°范围的转动，两轴的转动速度均可以在0～5°/s的范围内调节，并且驱动机构能够在一50～+60℃的高低温环境下实现对日定向跟踪，机构的运转过程平稳，
其对日指向精度达到0.05°，两自由度驱动机构矩频特性硬，输出力矩达到30N.m以上，本发明完全符合大面积太阳电池阵对日定向的要求。
附图说明
图1是本发明太阳电池阵驱动装置的外形图；
图2是本发明太阳电池阵驱动装置的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明太阳电池阵驱动装置的外形图，如图1所示，该装置包括：驱动滚动旋转的A轴机构和驱动俯仰运动的B轴机构。A轴机构与B轴机构固连，A轴机构驱动太阳电池阵做+360°的滚动运动，B轴机构带动太阳电池阵连同A轴机构做±90°的俯仰运动。
图2是本发明太阳电池阵驱动装置的剖视图，包括：
对接法兰1、功率与信号传输装置2、驱动轴3、A轴壳体4、第一减速器输出端5、第一减速器输入端6、A轴电机7、B轴电机8、第二减速器输入端9、第二减速器输出端10、支撑轴11、B轴壳体12、安装支架13。
如图2所示，本发明太阳电池阵驱动装置包括：
A轴机构与B轴机构安装于安装支架13上。A轴机构通过A轴壳体4与B轴机构的B轴壳体12固连。安装支架13通过联接螺栓安装在飞行器上；A轴机构顶部具有一个对接法兰1，通过联接螺栓与太阳电池阵连接。
上述A轴机构包括：A轴电机7与第一减速器输入端6相连接，输出
的转速和力矩，经过减速器减速和力矩放大；第一减速器输出端5与驱动轴3连接，驱动轴3与太阳电池阵相连接，通过驱动轴3传递使太阳电池阵可在±360°范围内实现滚动方向的对日定向跟踪，具有捕获、跟踪、停止、保持等对日定向功能。在驱动轴3的一侧设置有功率与信号传输装置2，其一端同太阳电池阵的输出电路相连接，另一端同飞行器舱内电源设备相连接，将太阳电池阵所生产的电能和测量信号通过传输给飞行器舱内电源设备。A轴电机7的定子及功率与信号传输装置2的固定端与A轴壳体4固定。
上述B轴机构包括：B轴电机8的输出轴与第二减速器输入端9相连接，输出的转速和力矩，经过减速器减速和力矩放大，第二减速器输出端10与B轴壳体12固定，减速器的柔轮与支撑轴11转动连接，绕支撑轴11转动，通过B轴壳体12带动与其相连接的A轴壳体4一起转动。支撑轴11与安装支架13连接，起约束的作用，安装支架13可以通过螺栓与飞行器舱体固定。B轴机构中电机输出的转速和力矩经过减速器减速和力矩放大，通过输出端带动壳体转动，驱动太阳电池阵在±90°范围内实现俯仰方向的对日定向，具有捕获、跟踪、停止、保持等对日定向功能。
采用上述技术方案后，本发明中的两自由度驱动机构整体式结构紧凑，刚度好，与飞行器舱体安装精度易于保证，且可保证B轴转动的同轴度，确保可靠运转，接口界面清楚。A轴机构采用柱式功率与信号传输装置传输电能，结构上直径尺寸得到有效控制，有利于太阳电池阵与飞行器舱体的安装(缩小整体包络尺寸)；B轴机构突破传统设计，巧妙地设计成轴不转动而壳体整体转动的形式，提高了机构刚度，且简化了电能传输环节。
为了适应驱动机构B轴负载大惯量的特点，新研制的电机矩频特性好，0～100Hz内力矩基本无差别，B输出轴力矩大，可以适应目前及将来大面积太阳电池阵驱动的要求。
在模拟空间环境试验的考核中可以实现A轴(滚动轴)±360°，B轴(俯仰轴)±90°范围的转动，两轴的转动速度均可以在0～5°/s的范围内调节，并且驱动机构能够在-50～+60℃的高低温环境下实现对日定向跟踪，机构的运转过程平稳，其对日指向精度达到0.05°，两自由度驱动机构矩频特性硬，输出力矩达到30N.m以上，完全符合大面积太阳电池阵对日定向的要求。
Claims (2)
1.
一种太阳电池阵驱动装置，其特征在于，该装置包括：
驱动滚动旋转的A轴机构和驱动俯仰运动的B轴机构；
A轴机构与B轴机构安装于安装支架[13]上；A轴机构通过A轴壳体[4]与B轴机构的B轴壳体[12]固连；安装支架[13]通过联接螺栓安装在飞行器上；A轴机构顶部具有一个对接法兰[1]，通过联接螺栓与太阳电池阵连接；
所述A轴机构包括：A轴电机[7]的输出轴与第一减速器输入端[6]相连接，第一减速器输出端[5]与驱动轴[3]连接，驱动轴[3]与太阳电池阵相连接；在驱动轴[3]的一侧设置有功率与信号传输装置[2]，其一端同太阳电池阵的输出电路相连接，另一端同飞行器舱内电源设备相连接；A轴电机[7]的定子及功率与信号传输装置[2]的固定端与A轴壳体[4]固定；
所述B轴机构包括：B轴电机[8]的输出轴与第二减速器输入端[9]相连接，第二减速器输出端[10]与B轴壳体[12]固定，减速器的柔轮与支撑轴[11]转动连接；支撑轴[11]与安装支架[13]连接。
2.根据权利要求1所述的太阳电池阵驱动装置，其特征在于：所述的A轴电机[7]通过驱动轴[3]驱动太阳电池阵在±360°范围内实现滚动方向的对日定向跟踪；所述的B轴电机[8]经减速器减速和力矩放大，通过第二减速器输出端[10]带动壳体转动，驱动太阳电池阵在±90°范围内实现俯仰方向的对日定向。
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