CN113562198B - 铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星 - Google Patents

铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星，所述铰链机构包括：锁定轴，包括本体和凸出部；与锁定轴同轴地设置的主子轴，形成有第一孔和第一凹入部，本体插入在第一孔中，第一凹入部与凸出部配合以引导锁定轴和主子轴沿着锁定轴的轴线的方向相对于彼此移动并且防止锁定轴和主子轴绕轴线相对于彼此转动；与锁定轴同轴地设置的主母轴，形成有第二孔和第二凹入部，第二孔与本体配合以引导锁定轴和主母轴绕轴线相对于彼此转动，第二凹入部具有与凸出部匹配的形状；推压构件，用于迫使锁定轴朝向主母轴移动，使得当凸出部与第二凹入部对准时，凸出部在保持与第一凹入部配合的同时插入到第二凹入部中。

Description

铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星
技术领域
本发明实施例涉及航空航天设备技术领域，尤其涉及一种铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星。
背景技术
目前微纳卫星发展迅速，但是配套的结构机构设计仍然需要继续跟进。由于微纳卫星发射尺寸普遍均较小，因此微维卫星的太阳能帆板等设备需要在发射折叠，入轨后展开。所以设计微小型的展开机构，成为解决微纳卫星发射的关键问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星，该铰链机构适合于微纳卫星的太阳能帆板从折叠状态转换至打开状态。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种铰链机构，所述铰链机构包括：
锁定轴，所述锁定轴包括本体和从所述本体径向向外凸出的凸出部；
与所述锁定轴同轴地设置的主子轴，所述主子轴形成有轴向的第一孔和从所述第一孔径向向外凹入的第一凹入部，所述本体插入在所述第一孔中，所述第一凹入部与所述凸出部配合以引导所述锁定轴和所述主子轴沿着所述锁定轴的轴线的方向相对于彼此移动并且防止所述锁定轴和所述主子轴绕所述轴线相对于彼此转动；
与所述锁定轴同轴地设置的主母轴，所述主母轴形成有轴向的第二孔和从所述第二孔径向向外凹入的第二凹入部，所述第二孔与所述本体配合以引导所述锁定轴和所述主母轴绕所述轴线相对于彼此转动，所述第二凹入部具有与所述凸出部匹配的形状；
推压构件，所述推压构件用于迫使所述锁定轴朝向所述主母轴移动，使得当所述锁定轴和所述主母轴绕所述轴线相对于彼此转动的过程中所述凸出部在所述锁定轴的周向上与所述第二凹入部对准时，所述凸出部在保持与所述第一凹入部配合的同时插入到所述第二凹入部中。
第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能帆板，所述太阳能帆板包括：
至少两个太阳能电池板；
用于对所述至少两个太阳能电池板中的相邻的两个太阳能电池板进行铰接的至少一个根据权利要求5所述的铰链机构；
其中，每个铰链机构的所述主子轴基板与所述相邻的两个太阳能电池板中的一者或另一者以平行的方式固定连接，每个铰链机构的所述主母轴基板相应地与所述相邻的两个太阳能电池板中的所述另一者或所述一者以平行的方式固定连接。
第三方面，本发明实施例提供了一种微纳卫星，所述微纳卫星包括至少一个根据第二方面所述的太阳能帆板。
本发明实施例提供了一种铰链机构、太阳能帆板及微纳卫星，不仅能够通过锁定轴的本体与主母轴的第二孔配合实现主子轴和主母轴相对于彼此转动，而且能够在转动过程中通过锁定轴的凸出部插入到主母轴的第二凹入部中实现主子轴和主母轴之间的锁定。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施例的铰链机构的组装示意图；
图2为根据本发明的第一实施例和第二实施例的铰链机构的分解示意图；其中通过阴影部分示出了主母轴沿着图1中的线A-A被剖切的截面；
图3为根据本发明的第三实施例的铰连机构的分解示意图，其中通过阴影部分示出了主母轴沿着图1中的线B-B被剖切的截面；
图4为根据本发明的第四实施例的铰连机构的组装示意图；
图5为根据本发明的第五实施例的铰连机构的分解示意图；
图6为根据本发明的实施例的太阳能帆板的示意图，其中太阳能帆板处于展开状态；
图7为根据本发明的实施例的太阳能帆板的示意图，其中太阳能帆板处于折叠状态；
图8为根据本发明的实施例的微纳卫星的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
伴随高新科技发展和相应需求的推动，航天器微小化是不可避免的趋势，微纳卫星以重量小、体积灵活、功能集合度高、开发更迭快、可以完成复杂空间任务等优势在国防、民用以及商业等技术领域发挥越来越重要的作用。绝大多数卫星的能源系统采用太阳电池阵与蓄电池组的配置，按结构分类可以分为体装式和展开式两种。展开式太阳电池阵为安装在伸出星体外面由机构展开并锁紧的太阳电池阵，例如可展开的太阳能帆板。展开式太阳能帆板的基本功能为按下按钮后，实现自动打开。即在起始时，太阳能帆板处于收拢状态，开启后，由展开装置作用，连接在展开装置上的单片太阳能帆板打开至指定位置，形成固定角度，继而通过锁定装置实现太阳能帆板的展开。目前太阳能帆板的展开方式有充气式、螺旋伸缩杆式、抽屉推出式、铰接桁架式以及扭簧展开式。
其中扭簧展开式为太阳能帆板展开的重点设计方式，其通过安装在太阳能帆板铰接处的扭簧提供给太阳能帆板转动的动力，保证太阳能帆板同步展开。但是扭簧展开式需要额外的减震装置和自锁装置，在帆板展开至指定位置后需要自锁装置对其锁定，将其保持在当前展开位置，使得结构复杂。
基于此，参见图1和图2，其示出了根据本发明的第一实施例的铰链机构100，所述铰链机构100可以包括：
锁定轴110，所述锁定轴110包括本体111和从所述本体111径向向外凸出的凸出部112；
与所述锁定轴110同轴地设置的主子轴120，所述主子轴120形成有轴向的第一孔121和从所述第一孔121径向向外凹入的第一凹入部122，所述本体111插入在所述第一孔121中，所述第一凹入部122与所述凸出部112配合以引导所述锁定轴110和所述主子轴120沿着所述锁定轴110的轴线X的方向相对于彼此移动，如在图2中通过双向线条箭头A1示意性地示出的，并且防止所述锁定轴110和所述主子轴120绕所述轴线X相对于彼此转动；
与所述锁定轴110同轴地设置的主母轴130，所述主母轴130形成有轴向的第二孔131和从所述第二孔131径向向外凹入的第二凹入部132，所述第二孔131与所述本体111配合以引导所述锁定轴110和所述主母轴130绕所述轴线X相对于彼此转动，如在图2中通过双向线条箭头A2示意性地示出的，所述第二凹入部132具有与所述凸出部112匹配的形状；
推压构件140，所述推压构件140用于迫使所述锁定轴110朝向所述主母轴130移动，如在图2中通过单向空心箭头A3示意性地示出的，使得当所述锁定轴110和所述主母轴130绕所述轴线X相对于彼此转动的过程中所述凸出部112在所述锁定轴110的周向上与所述第二凹入部132对准时，所述凸出部112在保持与所述第一凹入部122配合的同时插入到所述第二凹入部132中，由此使铰链机构100处于主子轴120和主母轴130无法相对于彼此转动的锁定状态。
在上述铰链机构100中，不仅能够通过锁定轴110的本体111与主母轴130的第二孔131配合实现主子轴120和主母轴130相对于彼此转动，而且能够在转动过程中通过锁定轴110的凸出部112插入到主母轴130的第二凹入部132中实现主子轴120和主母轴130之间的锁定。
优选地，参见图2，锁定轴110的凸出部112的横截面可以呈径向向外渐扩的“扇区”状，以便在与主子轴120的第一凹入部122配合后更可靠地防止锁定轴110和主子轴120绕轴线X相对于彼此转动。
对于上述的推压构件140，只要能够实现迫使锁定轴110朝向主母轴130移动即可，比如推压构件140可以为分别设置在锁定轴110和主母轴130上的彼此吸引的磁体，在根据本发明的第二实施例的铰链机构100中，所述推压构件140可以为如在图2中具体示出的设置在所述锁定轴110与所述主子轴120之间的螺旋弹簧。
为了便于铰链机构100与待铰接的对象之间实现连接，在根据本发明的第三实施例的铰链机构100中，参见图3，所述铰链机构100还可以包括主子轴基板150和主母轴基板160，所述主子轴基板150以与所述主子轴120平行的方式固定连接至所述主子轴120，所述主母轴基板160以与所述主母轴130平行的方式固定连接至所述主母轴130。这样，例如可以在主子轴基板150和主母轴基板160中设置如图3中示出的螺纹孔，并借助螺钉来实现待铰接的对象的连接。
在根据本发明的第四实施例的铰链机构100中，参见图4，所述铰链机构100还可以包括固定地设置在所述主母轴基板160上的限位件170，所述主子轴120被夹置在所述限位件170与所述主母轴130之间以防止所述主子轴120和所述主母轴130在所述螺旋弹簧的作用下沿着所述轴线X的方向彼此远离。
对于铰链机构100而言，可能出现的情况是外力作用在被铰接的对象上而产生扭矩，这样的扭矩需要通过锁定轴110的凸出部112与主子轴120的第一凹入部122之间的作用力以及锁定轴110的凸出部112与主母轴130的第二凹入部132之间的作用力来抵抗，为了使这样的作用力在锁定轴110、主子轴120以及主母轴130中更为均衡，在根据本发明的第五实施例的铰链机构100中，参见图5，所述凸出部112可以包括在所述本体111的径向上彼此对置的第一锁定轴凸起1121和第二锁定轴凸起1122，所述第一凹入部122相应地可以包括与所述第一锁定轴凸起1121配合的第一主子轴凹口1221和与所述第二锁定轴凸起1122配合的第二主子轴凹口1222，并且所述第二凹入部132相应地可以包括在所述主母轴130的径向上彼此对置的与所述第一锁定轴凸起1121匹配的第一主母轴凹口1321和与所述第二锁定轴凸起1122匹配的第二主母轴凹口1322。
参见图6，本发明实施例还提供了一种太阳能帆板10，所述太阳能帆板10可以包括：
至少两个太阳能电池板200；
用于对所述至少两个太阳能电池板200中的相邻的两个太阳能电池板210和220进行铰接的至少一个根据本发明的铰链机构100，其中图6中示例性地示出了利用两个铰链机构100来连接太阳能电池板210和220；
其中，每个铰链机构100的所述主子轴基板150与所述相邻的两个太阳能电池板210和220中的一者或另一者以平行的方式固定连接，每个铰链机构100的所述主母轴基板160相应地与所述相邻的两个太阳能电池板210和220中的所述另一者或所述一者以平行的方式固定连接。也就是说，对于单个铰链机构100而言，如果其主子轴基板150与太阳能电池板220连接，则其主母轴基板160与太阳能电池板210连接(如在图6中示出的)，而如果其主子轴基板150与太阳能电池板210连接，则其主母轴基板160与太阳能电池板220连接(附图中未示出)。
优选地，当所述凸出部112插入到所述第二凹入部132中时，所述相邻的两个太阳能电池板210和220处于同一平面中并且位于所述锁定轴110的两侧。这样，可以保证太阳能帆板10最大程度地展开后被锁定。
参见图5可以理解的是，如果第一锁定轴凸起1121和第二锁定轴凸起1122具有相同的横截面形状，则锁定轴110和主母轴130每绕轴线X相对于彼此转动180°，便会使凸出部112插入到第二凹入部132中，并由此使铰链机构100处于主子轴120和主母轴130无法相对于彼此转动的锁定状态，相应地，图6中示出的相邻的两个太阳能电池板210和220每绕轴线X相对于彼此转动180°，便会处于无法相对于彼此转动的锁定状态，但这种情况对于太阳能帆板10而言是不利的，因为太阳能帆板10的所述相邻的两个太阳能电池板210和220需要从处于同一平面中并且位于锁定轴110的同一侧的折叠状态转换至处于同一平面中并且位于锁定轴110的两侧的展开状态，两种状态的转换需要两个太阳能电池板210和220相对于彼此转动180°，而在展开状态下如前所述需要铰链机构100处于锁定状态，因此在折叠状态下铰链机构100也会处于锁定状态，无法使太阳能电池板210和220相对于彼此转动，因此优选地，返回参见图5并结合图6，所述第一锁定轴凸起1121和所述第二锁定轴凸起1122具有不同的横截面形状，使得所述相邻的两个太阳能电池板210和220能够通过绕所述轴线X相对于彼此旋转180°使所述凸出部112插入到所述第二凹入部132中。
优选地，参见图7，所述太阳能帆板10还可以包括可伸缩的弹性构件300，所述弹性构件300的第一端部(在图7中未显示)固定至所述主母轴基板160，所述弹性构件300的第二端部固定至所述主子轴基板150，当所述相邻的两个太阳能电池板210和220如图7中所示处于同一平面中并且位于所述锁定轴110的同一侧时，所述可伸缩的弹性构件300被拉伸并且产生使所述相邻的两个太阳能电池板210和220转换至如图6中示出的处于同一平面中并且位于所述锁定轴110的两侧的弹性回复力。弹性构件300可以为如在图7中具体示出的螺旋弹簧。
参见图8，本发明实施例还提供了一种微纳卫星1，所述微纳卫星1包括卫星主体20和设置在卫星主体20上的至少一个根据本发明的太阳能帆板10。其中图8中示例性地示出了微纳卫星1包括两个太阳能帆板10，并且每个太阳能帆板10的两个相邻的太阳能电池板200处于同一平面中并且位于锁定轴110的两侧。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种铰链机构，其特征在于，所述铰链机构包括：
锁定轴，所述锁定轴包括本体和从所述本体径向向外凸出的凸出部；
与所述锁定轴同轴地设置的主子轴，所述主子轴形成有轴向的第一孔和从所述第一孔径向向外凹入的第一凹入部，所述本体插入在所述第一孔中，所述第一凹入部与所述凸出部配合以引导所述锁定轴和所述主子轴沿着所述锁定轴的轴线的方向相对于彼此移动并且防止所述锁定轴和所述主子轴绕所述轴线相对于彼此转动；
与所述锁定轴同轴地设置的主母轴，所述主母轴形成有轴向的第二孔和从所述第二孔径向向外凹入的第二凹入部，所述第二孔与所述本体配合以引导所述锁定轴和所述主母轴绕所述轴线相对于彼此转动，所述第二凹入部具有与所述凸出部匹配的形状；
推压构件，所述推压构件用于迫使所述锁定轴朝向所述主母轴移动，使得当所述锁定轴和所述主母轴绕所述轴线相对于彼此转动的过程中所述凸出部在所述锁定轴的周向上与所述第二凹入部对准时，所述凸出部在保持与所述第一凹入部配合的同时插入到所述第二凹入部中。
2.根据权利要求1所述的铰链机构，其特征在于，所述推压构件为设置在所述锁定轴与所述主子轴之间的螺旋弹簧。
3.根据权利要求2所述的铰链机构，其特征在于，所述铰链机构还包括主子轴基板和主母轴基板，所述主子轴基板以与所述主子轴平行的方式固定连接至所述主子轴，所述主母轴基板以与所述主母轴平行的方式固定连接至所述主母轴。
4.根据权利要求3所述的铰链机构，其特征在于，所述铰链机构还包括固定地设置在所述主母轴基板上的限位件，所述主子轴被夹置在所述限位件与所述主母轴之间以防止所述主子轴和所述主母轴在所述螺旋弹簧的作用下沿着所述轴线的方向彼此远离。
5.根据权利要求3或4所述的铰链机构，其特征在于，所述凸出部包括在所述本体的径向上彼此对置的第一锁定轴凸起和第二锁定轴凸起，所述第一凹入部相应地包括与所述第一锁定轴凸起配合的第一主子轴凹口和与所述第二锁定轴凸起配合的第二主子轴凹口，并且所述第二凹入部相应地包括在所述主母轴的径向上彼此对置的与所述第一锁定轴凸起匹配的第一主母轴凹口和与所述第二锁定轴凸起匹配的第二主母轴凹口。
6.一种太阳能帆板，其特征在于，所述太阳能帆板包括：
至少两个太阳能电池板；
用于对所述至少两个太阳能电池板中的相邻的两个太阳能电池板进行铰接的至少一个根据权利要求5所述的铰链机构；
其中，每个铰链机构的所述主子轴基板与所述相邻的两个太阳能电池板中的一者或另一者以平行的方式固定连接，每个铰链机构的所述主母轴基板相应地与所述相邻的两个太阳能电池板中的所述另一者或所述一者以平行的方式固定连接。
7.根据权利要求6所述的太阳能帆板，其特征在于，当所述凸出部插入到所述第二凹入部中时，所述相邻的两个太阳能电池板处于同一平面中并且位于所述锁定轴的两侧。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能帆板，其特征在于，所述第一锁定轴凸起和所述第二锁定轴凸起具有不同的横截面形状，使得所述相邻的两个太阳能电池板能够通过绕所述轴线相对于彼此旋转180°使所述凸出部插入到所述第二凹入部中。
9.根据权利要求6或7所述的太阳能帆板，其特征在于，所述太阳能帆板还包括可伸缩的弹性构件，所述弹性构件的第一端部固定至所述主母轴基板，所述弹性构件的第二端部固定至所述主子轴基板，当所述相邻的两个太阳能电池板处于同一平面中并且位于所述锁定轴的同一侧时，所述可伸缩的弹性构件被拉伸并且产生使所述相邻的两个太阳能电池板转换至处于同一平面中并且位于所述锁定轴的两侧的弹性回复力。
10.一种微纳卫星，其特征在于，所述微纳卫星包括至少一个根据权利要求6至9中任一项所述的太阳能帆板。
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