CN107954005B - 伸缩式太阳能电池帆板展开机构及展开方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天卫星技术领域，特别是涉及一种伸缩式太阳能电池帆板展开机构，包括：伸缩组件、太阳能电池组件和驱动组件；伸缩组件包括基部和多个伸缩部，多个伸缩部能够依次相对于基部伸出和缩进；驱动组件设置于基部，能够分别驱动多个伸缩部相对于基部伸出和缩进；太阳能电池组件包括多个支撑杆，其中一个支撑杆与基部连接，其余的多个支撑杆分别与多个伸缩部一一对应地连接；当多个伸缩部依次相对于基部伸出时，多个支撑杆依次分离以使太阳能电池组件展开。该伸缩式太阳能电池帆板展开机构，在卫星发射时可以减小整个太阳能电池帆板的体积，在卫星发射入轨后，通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，从而使得太阳能电池组件展开。

Description

伸缩式太阳能电池帆板展开机构及展开方法

技术领域

本发明涉及航天卫星技术领域，特别是涉及一种伸缩式太阳能电池帆板展开机构及展开方法。

背景技术

对于卫星来说，太阳能电池帆板是目前卫星的主要电源供电系统，是整个卫星系统的核心部件之一，其直接影响着整颗卫星的性能。然而由于太阳能电池帆板所占的体积和重量的问题导致一般的卫星和航天器系统难以携带更多的太阳能电池。另外，为了解决太阳能电池帆板所占体积的问题，可展开的太阳能电池帆板机构应运而生。

但是，传统的太阳能电池帆板展开结构主要是通过刚性折叠展开的方式，需要在相邻两个太阳能电池帆板之间设置铰接结构，以及需要设计驱动相邻两个太阳能电池帆板通过铰接结构相对转动的折叠机构等等，因此结构比较复杂，增加了卫星在轨展开失败的风险，同时使得太阳能电池帆板的整体重量较重。

发明内容

基于此，有必要针对传统的太阳能电池帆板展开机构结构复杂等问题，提供一种结构简单，使用可靠的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，同时还提供了一种太阳能电池帆板的展开方法。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种伸缩式太阳能电池帆板展开机构，包括：伸缩组件、太阳能电池组件和驱动组件；

伸缩组件包括基部和多个伸缩部，基部和多个伸缩部均呈中空的套筒状，多个伸缩部依次套设，且均位于基部的中空腔内；多个伸缩部能够依次相对于基部伸出和缩进；驱动组件设置于基部，且位于最内层的伸缩部的中空腔内，驱动组件能够分别驱动多个伸缩部相对于基部伸出和缩进；

太阳能电池组件包括多个支撑杆，其中一个支撑杆与基部连接，其余的多个支撑杆分别与多个伸缩部一一对应地连接；当多个伸缩部依次相对于基部伸出时，多个支撑杆依次分离，以使太阳能电池组件展开。

在其中一个实施例中，驱动组件包括驱动轮和驱动电机，驱动电机设置于基部，且与驱动轮传动连接，用于带动驱动轮正反转；

驱动轮能够依次与多个伸缩部配合连接，当驱动轮正转时，驱动轮能够带动多个伸缩部依次相对于基部伸出；当驱动轮反转时，驱动轮能够带动多个伸缩部依次相对于基部缩进。

在其中一个实施例中，每个伸缩部均具有与驱动轮摩擦配合的表面；驱动轮转动时，利用驱动轮与伸缩部之间的摩擦力，带动伸缩部相对于基部伸缩。

在其中一个实施例中，驱动电机通过固定支架固定安装于基部，驱动轮安装于驱动电机的输出轴；驱动电机设置于固定支架的远离固定支架与基部连接的一端。

在其中一个实施例中，固定支架包括固定杆和弹性杆，固定杆的两端分别连接驱动电机和基部；

弹性杆的两端分别连接驱动电机和基部，且弹性杆能够利用自身收缩弹性使驱动轮与伸缩部的表面抵接。

在其中一个实施例中，驱动轮为齿轮，多个伸缩部均分别设有与齿轮啮合的齿条。

在其中一个实施例中，与基部相邻的伸缩部和基部之间，以及相邻的两个伸缩部之间均设有相配合的导向结构，导向结构用于对多个伸缩部相对于基部的伸缩运动进行导向。

在其中一个实施例中，与基部相邻的伸缩部和基部之间，以及相邻的两个伸缩部之间均设有相配合的自锁结构，自锁结构用于在多个伸缩部依次相对于基部伸出和缩进时，使多个伸缩部能够相对于基部定位。

在其中一个实施例中，太阳能电池组件还包括多个柔性承载膜，每个柔性承载膜上均安装有多个太阳能电池片；

每个柔性承载膜的相对两侧边分别与相邻的两个支撑杆连接；当多个伸缩部依次相对于基部伸出时，多个支撑杆依次分离，则多个柔性承载膜依次展开。

一种如上述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构的展开方法，包括以下步骤：

通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，以使太阳能电池组件展开。

在其中一个实施例中，在通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，以使太阳能电池组件展开的步骤之后，还包括以下步骤：

通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部缩进，以使太阳能电池组件折叠。

上述伸缩式太阳能电池帆板展开机构至少具有以下技术效果：

在卫星发射前，多个伸缩部处于相对于基部缩进的位置，则太阳能电池组件为折叠状态。在卫星发射入轨后，通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，从而使得太阳能电池组件展开。这样，在卫星发射的时候可以减小整个太阳能电池帆板的体积，而在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板能够展开以保证对卫星的大电量供应。此外，驱动伸缩组件伸缩的结构较为简单可靠，因此不易发生太阳能电池组件展开失败的现象。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的伸缩式太阳能电池帆板展开机构的结构示意图；

图2为图1所示机构去除太阳能电池组件后的结构示意图；

图3为图1所示机构的太阳能电池组件展开示意图；

图4为本发明一实施例提供的太阳能电池帆板展开机构的驱动组件的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的太阳能电池帆板展开机构的固定支架的结构示意图。

其中：

001-伸缩组件；011-基部；012-伸缩部；

002-太阳能电池组件；021-支撑杆；022-柔性承载膜；023-太阳能电池片；

003-驱动组件；031-驱动轮；032-驱动电机；

004-固定支架；041-固定杆；042-弹性杆；

005-导向结构；

006-自锁结构；061-弹性卡凸；062-锁孔；

007-安装轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的伸缩式太阳能电池帆板展开机构及展开方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如图1和图2所示，本发明一实施例的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，包括：伸缩组件001、太阳能电池组件002和驱动组件003；

伸缩组件001包括基部011和多个伸缩部012，基部011和多个伸缩部012均呈中空的套筒状，多个伸缩部012依次套设，且均位于基部011的中空腔内；多个伸缩部012能够依次相对于基部011伸出和缩进；驱动组件003设置于基部011，且位于最内层的伸缩部012的中空腔内，驱动组件003能够分别驱动多个伸缩部012相对于基部011伸出和缩进；

太阳能电池组件002包括多个支撑杆021，其中一个支撑杆021与基部011连接，其余的多个支撑杆021分别与多个伸缩部012一一对应地连接；当多个伸缩部012依次相对于基部011伸出时，多个支撑杆021依次分离，以使太阳能电池组件002展开。

本实施例中，伸缩组件001的基部011和多个伸缩部012均呈中空的套筒状，多个伸缩部012依次套设，且均位于基部011的中空腔内。驱动组件003位于最内层的伸缩部012的中空腔内。这样，伸缩组件001的结构更加稳定，且将用于驱动多个伸缩部012做伸缩运动的驱动组件003隐藏于伸缩组件001中，使得整个太阳能电池帆板展开机构的结构更加紧凑。

可以理解，伸缩组件001的基部011在整个伸缩过程中是相对固定的。将整个太阳能电池帆板展开机构与卫星安装时，基部011相对于卫星固定，而多个伸缩部012相对于基部011伸出实现太阳能电池组件002的展开。可选择地，在基部011上设置有与卫星对接的安装轴007，实现太阳能电池帆板展开机构与卫星的安装。

在其他实施例中，伸缩组件001还可以大致为伸缩杆的形式，基部011被固定，多个伸缩部012可依次相对于基部011伸出和缩进。

参见图1和图3，太阳能电池组件002包括多个支撑杆021，当多个伸缩部012依次相对于基部011伸出时，多个支撑杆021依次分离，以使太阳能电池组件002展开。一实施例中，太阳能电池组件002还包括多个柔性承载膜022，每个柔性承载膜022上均安装有多个太阳能电池片023；每个柔性承载膜022的相对两侧边分别与相邻的两个支撑杆021连接；当多个伸缩部012依次相对于基部011伸出时，多个支撑杆021依次分离，则多个柔性承载膜022依次展开。可以理解，当多个伸缩部012依次相对于基部011缩进时，多个支撑杆021依次靠近，使得多个柔性承载膜022依次折叠。

而驱动组件003的结构形式可以为多种。参见图2和图4，作为一种可实施的方式，驱动组件003包括驱动轮031和驱动电机032，驱动电机032设置于基部011，且与驱动轮031传动连接，用于带动驱动轮031正反转；

驱动轮031能够依次与多个伸缩部012配合连接，当驱动轮031正转时，驱动轮031能够带动多个伸缩部012依次相对于基部011伸出；当驱动轮031反转时，驱动轮031能够带动多个伸缩部012依次相对于基部011缩进。

其中，驱动轮031和驱动电机032，均选择性能优良，重量较轻的种类。而驱动轮031与伸缩部012配合连接的形式可以为多种。一实施例中，每个伸缩部012均具有与驱动轮031摩擦配合的表面；驱动轮031转动时，利用驱动轮031与伸缩部012之间的摩擦力，带动伸缩部012相对于基部011伸缩。例如，驱动轮031为具有高摩擦力的橡胶轮，其能够与伸缩部012的表面相接触，驱动轮031与伸缩部012通过摩擦接触配合。驱动轮031转动时，利用驱动轮031与伸缩部012之间的相互摩擦作用带动伸缩部012运动。如此设计，极大地简化了连接结构，无需设计额外的连接配合结构，可有效减轻太阳能电池帆板展开机构的重量。

可选择地，驱动电机032通过固定支架004固定安装于基部011，驱动轮031安装于驱动电机032的输出轴；驱动电机032设置于固定支架004的远离固定支架004与基部011连接的一端。

其中，驱动电机032可以是双出轴电机，驱动轮031为两个，两个驱动轮031分别固定于双出轴电机的两个输出轴上。这样，可以保证驱动电机032通过驱动轮031对伸缩部012的驱动力较大且较均匀，提高伸缩部012运动的可靠性。驱动电机032通过固定支架004固定安装于基部011，可利于保证驱动轮031与伸缩部012的接触配合。

一并参见图5，固定支架004包括固定杆041和弹性杆042，固定杆041的两端分别连接驱动电机032和基部011；

弹性杆042的两端分别连接驱动电机032和基部011，且弹性杆042能够利用自身收缩弹性使驱动轮031与伸缩部012的表面抵接。

本实施例中，通过将固定驱动电机032的固定支架004的一部分设计为具有弹性的结构，使得驱动电机032的位置具有一定的可调整空间，即使得驱动电机032上的驱动轮031的位置也可以自动调整。例如多个伸缩部012在相对于基部011伸出的过程中，驱动电机032带动驱动轮031转动，驱动轮031驱动上一级伸缩部012相对于基部011伸出后，驱动轮031离开该级伸缩部012而处于与下一级伸缩部012接触的范围中。由于弹性杆042的存在，使得驱动轮031能够与该下一级伸缩部012的表面抵接配合，从而使得驱动轮031能够可靠地驱动该下一级伸缩部012。依次类推，驱动轮031能够顺利、可靠地驱动多个伸缩部012相对于基部011伸出。

可选择地，驱动电机032为多个，如上述的，每个驱动电机032对应驱动两个驱动轮031。这样，对应固定支撑驱动电机032的固定支架004也为多个。在伸缩组件001大致呈套筒状的实施例中，多个驱动电机032均位于最内层的伸缩部012的中空腔内。多个驱动电机032沿该中空腔的周向均匀分布。例如，驱动电机032为3个，3个驱动电机032均沿最内层的伸缩部012的中空腔的轴向均匀分布。这样，有效提高了对各伸缩部012运动的驱动力，保证了各伸缩部012运动的稳定性和可靠性。

另一实施例中，驱动轮031为齿轮，多个伸缩部012均分别设有与齿轮啮合的齿条。驱动轮031与伸缩部012通过齿轮与齿条的相互配合，驱动轮031转动时，能够带动伸缩部012运动。该实施例中，驱动轮031也可以是安装于驱动电机032的输出轴上。驱动电机032可以通过固定支架004与基部011连接。且同样地，固定支架004的部分设计为具有弹性的结构。

在其他一些实施例中，驱动组件003还可以包括驱动电机和驱动杆，驱动杆的一端与驱动电机连接，另一端与远离基部011的伸缩部012连接。驱动电机通过带动驱动杆直线运动，以推动或者拉动该伸缩部012，从而能够带动多个伸缩部012依次相对于基部011伸出或缩进。或者，驱动组件003还可以设置为其他一些结构形式，只要能够实现带动多个伸缩部012依次相对于基部011做伸缩运动的目的即可。

下面以驱动组件003包括驱动轮031和驱动电机032，驱动轮031与伸缩部012摩擦配合连接的结构形式为例，具体说明本发明的太阳能电池帆板展开机构的实现过程。

参见图1和图2，本实施例的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，在卫星发射前，多个伸缩部012处于相对于基部011缩进的位置，此时太阳能电池组件002为折叠状态。在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板展开机构接收到展开信号后，通过驱动组件003带动多个伸缩部012依次相对于基部011伸出。具体地，驱动电机032带动驱动轮031转动，利用该驱动轮031与伸缩部012之间的摩擦作用，带动该伸缩部012相对于基部011伸出。依此类推，使得多个伸缩部012依次相对于基部011伸出，从而使得太阳能电池组件002展开。这样，在卫星发射的时候可以减小整个太阳能电池帆板的体积，而在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板能够展开以保证对卫星的大电量供应。

参见图2，作为一种可实施的方式，与基部011相邻的伸缩部012和基部011之间，以及相邻的两个伸缩部012之间均设有相配合的导向结构005，导向结构005用于对多个伸缩部012相对于基部011的伸缩运动进行导向。

可选择地，导向结构005包括导向槽和导向筋，导向筋滑设于导向槽内。导向槽和导向筋分别设置于与基部011相邻的伸缩部012和基部011之间，以及相邻的两个伸缩部012之间。通过导向结构005的设置，使得驱动组件003驱动多个伸缩部012相对于基部011的伸缩运动更加稳定可靠，从而保证太阳能电池帆板展开机构的安全展开。在其他实施例中，导向结构005还可以包括导向槽和导向块，导向块滑设于导向槽内。

参见图2，作为一种可实施的方式，与基部011相邻的伸缩部012和基部011之间，以及相邻的两个伸缩部012之间均设有相配合的自锁结构006，自锁结构006用于在多个伸缩部012依次相对于基部011伸出和缩进时，使多个伸缩部012能够相对于基部011定位。

可选择地，自锁结构006包括弹性卡凸061和锁孔062，弹性卡凸061和锁孔062分别设置于与基部011相邻的伸缩部012和基部011之间，以及相邻的两个伸缩部012之间。通过自锁结构006的设置，使得每个伸缩部012在伸出到位或者缩进到位后均能够实现自动定位。例如，在每一级伸缩部012的第一端的两侧分别设置弹性卡凸061和锁孔062，而在每一级伸缩部的第二端的两侧分别对应弹性卡凸061设置有锁孔062，而对应锁孔062则设置有弹性卡凸061。

参见图1和图2，本发明一实施例还提供了一种如上述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构的展开方法，包括以下步骤：

通过驱动组件003带动多个伸缩部012依次相对于基部011伸出，以使太阳能电池组件002展开。

进一步地，在上述实现太阳能电池组件002展开的步骤之后，还可包括以下步骤：通过驱动组件003带动多个伸缩部012依次相对于基部011缩进，以使太阳能电池组件002折叠。

具体操作时，例如在卫星发射前，多个伸缩部012处于相对于基部011缩进的位置，此时太阳能电池组件002为折叠状态。在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板展开机构接收到展开信号后，通过驱动组件003带动多个伸缩部012依次相对于基部011伸出，从而使得太阳能电池组件002展开。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，包括：

伸缩组件、太阳能电池组件和驱动组件；

所述伸缩组件包括基部和多个伸缩部，所述基部上设置有用于与卫星对接的安装轴，所述基部和所述多个伸缩部均呈中空的套筒状，所述多个伸缩部依次套设，且均位于所述基部的中空腔内；所述多个伸缩部能够依次相对于所述基部伸出和缩进；

所述驱动组件设置于所述基部，且位于最内层的所述伸缩部的中空腔内，所述驱动组件能够分别驱动所述多个伸缩部相对于所述基部伸出和缩进；

所述太阳能电池组件包括多个支撑杆，其中一个所述支撑杆与所述基部连接，其余的多个所述支撑杆分别与多个所述伸缩部一一对应地连接；当所述多个伸缩部依次相对于所述基部伸出时，所述多个支撑杆依次分离，以使所述太阳能电池组件展开；

所述驱动组件包括驱动轮和驱动电机，所述驱动电机设置于所述基部，且与所述驱动轮传动连接，用于带动所述驱动轮正反转；

所述驱动轮能够依次与所述多个伸缩部配合连接，当所述驱动轮正转时，所述驱动轮能够带动所述多个伸缩部依次相对于所述基部伸出；当所述驱动轮反转时，所述驱动轮能够带动所述多个伸缩部依次相对于所述基部缩进。

2.根据权利要求1所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

每个所述伸缩部均具有与所述驱动轮摩擦配合的表面；所述驱动轮转动时，利用所述驱动轮与所述伸缩部之间的摩擦力，带动所述伸缩部相对于所述基部伸缩。

3.根据权利要求2所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

所述驱动电机通过固定支架固定安装于所述基部，所述驱动轮安装于所述驱动电机的输出轴；所述驱动电机设置于所述固定支架的远离所述固定支架与所述基部连接的一端。

4.根据权利要求3所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

所述固定支架包括固定杆和弹性杆，所述固定杆的两端分别连接所述驱动电机和所述基部；

所述弹性杆的两端分别连接所述驱动电机和所述基部，且所述弹性杆能够利用自身收缩弹性使所述驱动轮与所述伸缩部的所述表面抵接。

5.根据权利要求1所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

所述驱动轮为齿轮，所述多个伸缩部均分别设有与所述齿轮啮合的齿条。

6.根据权利要求1-5任一项所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

与所述基部相邻的所述伸缩部和所述基部之间，以及相邻的两个所述伸缩部之间均设有相配合的导向结构，所述导向结构用于对所述多个伸缩部相对于所述基部的伸缩运动进行导向。

7.根据权利要求1-5任一项所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

与所述基部相邻的所述伸缩部和所述基部之间，以及相邻的两个所述伸缩部之间均设有相配合的自锁结构，所述自锁结构用于在所述多个伸缩部依次相对于所述基部伸出和缩进时，使所述多个伸缩部能够相对于所述基部定位。

8.根据权利要求1所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构，其特征在于，

所述太阳能电池组件还包括多个柔性承载膜，每个所述柔性承载膜上均安装有多个太阳能电池片；

每个所述柔性承载膜的相对两侧边分别与相邻的两个所述支撑杆连接；当所述多个伸缩部依次相对于所述基部伸出时，所述多个支撑杆依次分离，则所述多个柔性承载膜依次展开。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的伸缩式太阳能电池帆板展开机构的展开方法，其特征在于，

包括以下步骤：

通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，以使太阳能电池组件展开。

10.根据权利要求9所述的伸缩式太阳能电池帆板的展开方法，在所述通过驱动组件带动多个伸缩部依次相对于基部伸出，以使太阳能电池组件展开的步骤之后，还包括以下步骤：

通过所述驱动组件带动所述多个伸缩部依次相对于所述基部缩进，以使所述太阳能电池组件折叠。