CN112623280A - 一种两自由度太阳电池阵展开装置 - Google Patents

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余豪华
殷爱平
王艳芬
经贵如
钱志源
李飞
李伟
袁伟
徐庆
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Abstract

本发明公开了一种两自由度太阳电池阵展开装置，包括根部铰链、展开臂、展开同步机构、摆动机构、转接法兰；所述展开臂通过根部铰链与太阳电池阵的驱动机构连接，所述展开臂的另一端与摆动机构固定连接，所述摆动机构的输出轴通过所述转接法兰与太阳电池阵固定连接，所述展开同步机构与所述根部铰链、转摆动机构连接，所述展开同步机构用于控制根部铰链、展开臂、摆动机构、太阳电池阵展开的同步性。本发明通过展开臂和摆动机构，以实现太阳电池阵在轨展开功能后，与驱动机构共同实现太阳电池阵两自由度转动功能。

Description

一种两自由度太阳电池阵展开装置
技术领域
本发明属于卫星技术应用领域，尤其涉及一种两自由度太阳电池阵展开装置。
背景技术
卫星太阳电池阵在轨展开一般通过展开装置实现，展开到位后，驱动机构驱动整个太阳电池阵对日定向。一般太阳电池阵只需要一个自由度，但对一些复杂轨道或具有特殊应用目的的卫星，在一个轨道周期内电池阵对太阳光的入射角变化很大，单自由度已无法保证良好的太阳光入射角，需要进行两自由度转动以达到对日定向目的。目前我国已上天的各类航天器，太阳电池阵多为单自由度转动，一般展开装置只需实现太阳电池阵的在轨展开及到位锁定功能。
同时，目前两自由度驱动机构应用也较少，并且产品稳定性、继承性、通用性较差，重量较重。因此，本发明提出一种两自由度太阳电池阵展开装置，通过太阳电池阵展开装置集成摆动机构，完成太阳电池阵在轨展开功能后，与驱动机构共同实现太阳电池阵两自由度转动功能。
发明内容
本发明提供了一种两自由度太阳电池阵展开装置，通过展开臂和摆动机构，以实现太阳电池阵在轨展开功能后，与驱动机构共同实现太阳电池阵两自由度转动功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种两自由度太阳电池阵展开装置，包括根部铰链、展开臂、展开同步机构、摆动机构、转接法兰，实现太阳电池阵在轨展开功能及摆动功能；所述展开臂一端通过根部铰链与太阳电池阵的驱动机构连接，所述展开臂的另一端与所述摆动机构连接，所述摆动机构的输出轴通过所述转接法兰与太阳电池阵固定连接，所述摆动机构通过转接法兰安装在展开臂与太阳电池阵之间，在太阳电池阵与展开臂展开过程中，摆动机构工作代替杆间铰链的展开功能，实现部分太阳电池阵的有源展开功能；所述展开同步机构与所述跟臂铰链、摆动机构连接，所述展开同步机构用于控制根部铰链、展开臂、摆动机构、太阳电池阵展开的同步性，同时在太阳电池阵展开到位后，展开同步机构与摆动机构的输出轴约束释放，使摆动机构实现太阳电池阵的摆动功能。
为适应太阳电池阵摆动大惯量以及轻量小型化要求，所述摆动机构包括小型化的驱动电机、多级减速器和驱动轴，所述驱动电机的输出轴连接所述多级减速器的输入端，所述多级减速器的输出端连接驱动轴，所述驱动轴通过转接法兰连接所述太阳电池阵，所述驱动电机和多级减速器固定在所述展开臂上。
采用展开臂连接太阳电池阵的驱动机构和摆动机构，摆动机构实现部分太阳电池阵展开功能和太阳电池阵摆动功能，提高了太阳电池阵展开装置和驱动机构的集成度，同时展开臂采用高刚度、轻量化的碳纤维复合材料，降低整体重量。
展开臂长度可根据实际需求进行设计，太阳电池阵在轨展开后伸出星体，可以有效解决卫星遮挡和干涉问题，提高太阳电池阵转动安全性和发电效率。
所述太阳电池阵包括太阳电池阵本体和根部连接件，所述太阳电池本体和根部连接件固定连接，所述根部连接件通过转接法兰与所述摆动机构驱动轴连接，所述摆动机构的输出轴与所述根部连接件固定连接。
具体地，所述根部铰链具体包括公铰链、蜗卷弹簧、母铰链和锁定钩、转动轴，所述公铰链与所述驱动机构连接，所述母铰链与所述展开臂连接，所述公铰链和所述母铰链分别与所述转动轴转动连接，所述蜗卷弹簧套设在所述转动轴上，收拢状态下，根部铰链通过所述蜗卷弹簧储存的势能带动所述展开臂、所述摆动机构和所述太阳电池阵展开，展开到位后通过所述母铰链上的所述锁定钩与所述公铰链锁紧固定。
具体地，所述展开同步机构包括第一索轮、钢丝绳和第二索轮，所述第一索轮设置在所述转动轴上，所述第二索轮设置在所述摆动机构的输出轴上，所述第一索轮与所述第二索轮通过所述钢丝绳连接。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
(1)展开装置集成了摆动机构，实现部分太阳电池阵展开功能和太阳电池阵摆动功能，与驱动机构配合即可完成太阳电池阵两自由度转动。
(2)展开臂长度可根据各型号需求进行设计，太阳电池阵在轨展开后伸出星体，可以有效解决卫星遮挡和干涉问题，提高太阳电池阵转动安全性和发电效率。
(3)采用展开臂连接驱动机构和摆动机构，提高了太阳电池阵展开装置和驱动机构的集成度；展开臂采用高刚度、轻量化的碳纤维复合材料；摆动机构采用小电机+多级减速器，在满足产品性能的前提下，降低了产品整体重量，实现了轻量化目的。
附图说明
图1本发明的两自由度太阳电池阵展开装置的结构示意图；
图2为本发明的根部铰链的结构示意图；
图3为本发明的展开同步机构的结构示意图。
附图标记说明：1-根部铰链；2-展开臂；3-展开同步机构；4-摆动机构； 5-转接法兰；6-驱动机构；7-太阳电池阵本体；8-根部连接件；9-公铰链；10- 蜗卷弹簧；11-母铰链；12-锁定钩；13-第一索轮；14-钢丝绳；15-第二索轮； 16-转动轴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种两自由度太阳电池阵展开装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1，一种两自由度太阳电池阵展开装置，包括根部铰链1、展开臂 2、展开同步机构3、摆动机构4、转接法兰5，实现太阳电池阵在轨展开功能及摆动功能；展开臂2一端通过根部铰链1与太阳电池阵的驱动机构6连接，展开臂2的另一端与摆动机构4固定连接，摆动机构4的输出轴通过转接法兰5与太阳电池阵固定连接，在太阳电池阵与展开臂2展开过程中，摆动机构4工作代替杆间铰链的展开功能，实现部分太阳电池阵的有源展开功能；展开同步机构3与根部铰链1、摆动机构4的输出轴连接，展开同步机构3用于控制根部铰链1、展开臂2、摆动机构4、太阳电池阵展开的同步性，同时在太阳电池阵展开到位后，展开同步机构3与摆动机构4的输出轴约束释放，使摆动机构4实现太阳电池阵的摆动功能。
为适应太阳电池阵摆动大惯量以及轻量小型化要求，摆动机构4包括小型的驱动电机、多级减速器和驱动轴，驱动电机的输出轴连接多级减速器的输入端，多级减速器的输出端连接驱动轴，驱动轴通过转接法兰连接太阳电池阵，驱动电机和多级减速器固定在展开臂上。
采用展开臂2连接太阳电池阵的驱动机构6和摆动机构4，摆动机构4 实现部分太阳电池阵展开功能和太阳电池阵摆动功能，提高了太阳电池阵展开装置和驱动机构6的集成度，同时展开臂2采用高刚度、轻量化的碳纤维复合材料，降低整体重量。
展开臂2长度可根据实际需求进行设计，太阳电池阵在轨展开后伸出星体，可以有效解决卫星遮挡和干涉问题，提高太阳电池阵转动安全性和发电效率。
太阳电池阵包括太阳电池阵本体7和根部连接件8，太阳电池本体7和根部连接件8固定连接，摆动机构4的输出轴通过转接法兰5与根部连接件 8固定连接。
参看图2，根部铰链1具体包括公铰链9、蜗卷弹簧10、母铰链11和锁定钩12、转动轴16，公铰链9与驱动机构连接，母铰链11与展开臂连接，公铰链9和母铰链11分别与转动轴16转动连接，蜗卷弹簧10套设在转动轴 16上，收拢状态下，根部铰链通过蜗卷弹簧10储存的势能带动展开臂、摆动机构和太阳电池阵展开，展开到位后通过母铰链11上的锁定钩12与公铰链9锁紧固定。
具体地，参看图3，展开同步机构3包括第一索轮13、钢丝绳14和第二索轮15，第一索轮13设置在转动轴16上，第二索轮15设置在摆动机构的输出轴上，第一索轮13与第二索轮15通过钢丝绳14连接。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，包括根部铰链、展开臂、展开同步机构、摆动机构、转接法兰；所述展开臂通过根部铰链与太阳电池阵的驱动机构连接，所述展开臂的另一端与所述摆动机构连接，所述摆动机构的输出轴通过所述转接法兰与太阳电池阵固定连接，所述展开同步机构与所述根部铰链、摆动机构连接，所述展开同步机构用于控制根部铰链、展开臂、摆动机构、太阳电池阵展开的同步性。
2.根据权利要求1所述的两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，所述摆动机构包括驱动电机、多级减速器和驱动轴，所述驱动电机的输出轴连接所述多级减速器的输入端，所述多级减速器的输出端连接驱动轴，所述驱动轴通过转接法兰连接所述太阳电池阵，所述驱动电机和多级减速器固定在所述展开臂上。
3.根据权利要求1所述的两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，所述展开臂为碳纤维复合材料。
4.根据权利要求1所述的两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，所述太阳电池阵包括太阳电池阵本体和根部连接件，所述太阳电池本体和根部连接件固定连接，所述根部连接件通过转接法兰与所述摆动机构连接，所述摆动机构的输出轴与所述根部连接件固定连接。
5.根据权利要求1所述的两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，所述根部铰链具体包括公铰链、蜗卷弹簧、母铰链和锁定钩、转动轴，所述公铰链与所述驱动机构连接，所述母铰链与所述展开臂连接，所述公铰链和所述母铰链分别与所述转动轴转动连接，所述蜗卷弹簧套设在所述转动轴上，收拢状态下，根部铰链通过所述蜗卷弹簧储存的势能带动所述展开臂、所述摆动机构和所述太阳电池阵展开，展开到位后通过所述母铰链上的所述锁定钩与所述公铰链锁紧固定。
6.根据权利要求5所述的两自由度太阳电池阵展开装置，其特征在于，所述展开同步机构包括第一索轮、钢丝绳和第二索轮，所述第一索轮设置在所述转动轴上，所述第二索轮设置在所述摆动机构的输出轴上，所述第一索轮与所述第二索轮通过所述钢丝绳连接。
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