CN114229041A - 一种双自由度太阳电池阵驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双自由度太阳电池阵驱动机构，摆动轴固定座安装于卫星表面侧板上，一侧作为运动输入端安装有摆动驱动部件，另一侧为摆动输出轴的辅助支撑，摆动输出轴转动安装于摆动轴固定座上，一端与摆动驱动部件相连；旋转驱动部件及旋转轴壳体分别安装于摆动输出轴上，旋转驱动部件位于旋转轴壳体的内部，旋转驱动部件通过旋转传动部件与旋转输出部件相连，旋转输出部件与太阳电池阵连接架连接，旋转输出部件的轴向中心线与摆动输出轴的轴向中心线垂直布置。本发明不仅给出了可行的双自由度太阳电池阵驱动机构的布置方案，同时通过双轴深度相交的形式，解决了两轴在空间布置时外尺寸包络大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池阵驱动机构，具体地说是一种双自由度太阳电池阵驱动机构，应用在空间卫星平台上，对能源需求较高的情况。
背景技术
目前随着航天技术的发展，空间产品的应用已日益广泛。随着各种应用需求卫星的发展，卫星平台搭载的载荷日益增多，对卫星能源的需求不断增多；而提高卫星能源供应只有两个方法：(1)增大太阳电池阵面积；(2)提高太阳电池阵电池片的发电效率。方法(1)会增大卫星平台的质量，增加成本，同时对卫星姿态控制提出了更高的要求；方法(2)在当前砷化镓电池片本身效率很难提高的情况下，只能通过提高卫星在轨运行周期内太阳电池片朝向太阳的时间比例来提高其发电效率。
在当前的发展趋势中，太阳电池阵驱动机构日益成为大卫星平台能源系统的基本配置；尤其是在当前正在组网的各类星座中，既要保证卫星能源供应，同时要降低型号任务成本。而当前国内使用较多的则是单自由度太阳电池阵驱动机构，即太阳电池阵绕其展开方向的旋转运动。当前单自由度太阳电池阵驱动机构由于其只有一个旋转运动，其外壳与星体侧板固定，而旋转部分则伸出舱外与电池阵相连。而卫星在轨定角度运行要求，单自由度太阳电池阵驱动机构已不能满足载荷对卫星平台的能源要求。而双自由度太阳电池阵驱动机构则给予太阳电池阵在另一个方向的摆动功能，使其对日定向的效果更好，太阳电池阵的发电效率能够得到更好保证。而双自由度太阳电池阵驱动机构由于有个轴需要运动，整个机构需要布置在星体舱外，这就对其有更高的要求：(1)整体结构紧凑；(2)两个运动轴在其运动范围内无遮挡；(3)由于整个装置都在舱外，对热控提出了更高的要求。当前常见的双自由度太阳电池阵驱动机构均是把两个单自由度的驱动机构简单组合，其重量大、占用空间大。
发明内容
针对当前双自由度太阳电池阵驱动机构的现状，本发明的目的在于提供一种双自由度太阳电池阵驱动机构，通过调整太阳电池阵对日角度姿态，实现太阳电池阵实时对日定向，提高太阳电池阵电池片吸收太阳能的效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括摆动机构及旋转机构，该摆动机构包括摆动轴固定座、摆动驱动部件及摆动输出轴，所述旋转机构包括旋转驱动部件、旋转传动部件、旋转输出部件及旋转轴壳体，其中摆动轴固定座安装于卫星表面侧板上，该摆动轴固定座的一侧作为运动输入端安装有所述摆动驱动部件，另一侧为所述摆动输出轴的辅助支撑，所述摆动输出轴转动安装于摆动轴固定座上，一端与所述摆动驱动部件相连；所述旋转驱动部件及旋转轴壳体分别安装于摆动输出轴上，该旋转驱动部件位于所述旋转轴壳体的内部，所述旋转驱动部件通过旋转传动部件与旋转输出部件相连，该旋转输出部件与太阳电池阵的太阳电池阵连接架连接，所述旋转输出部件的轴向中心线与所述摆动输出轴的轴向中心线垂直布置。
其中：所述摆动输出轴的输出端位于摆动输出轴的中间位置，该摆动输出轴的中间位置又作为所述旋转机构的固定座。
所述摆动轴固定座辅助支撑的另一侧安装有反馈摆动输出轴输出端运动位置的位置传感器A，该位置传感器A的定子安装于所述摆动轴固定座辅助支撑的另一侧，所述位置传感器A的转子与摆动输出轴的另一端连接。
所述摆动轴固定座的端面呈“U”型，所述摆动输出轴的两端分别通过轴承A与“U”型开口端的两侧转动连接。
所述摆动驱动部件包括电机A及减速机A，该电机A安装于所述摆动固定座上，所述电机A的转子与减速机A的输入端连接，该减速机A的输出端与所述摆动输出轴相连。
所述旋转驱动部件包括电机B及减速机B，所述旋转传动部件为转轴，所述旋转输出部件为旋转轴输出法兰，该电机B安装在所述摆动输出轴的内部，所述电机B的输出端与减速机B的输入端连接，该减速机B的输出端通过所述转轴与旋转轴输出法兰连接。
所述转轴及旋转轴输出法兰分别通过轴承B与旋转轴壳体转动连接。
所述转轴上安装有位置传感器B，该位置传感器B的转子与所述转轴连接，定子与所述旋转轴壳体相连。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明不仅给出了可行的双自由度太阳电池阵驱动机构的布置方案，同时通过双轴深度相交的形式，解决了两轴在空间布置时外尺寸包络大的问题。
2.本发明结构紧凑、最大包络尺寸可以做到一个矿泉水瓶大小；同时两轴在旋转方向无其他遮挡，其转动范围做到了除限位要求的最大化。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的内部结构剖视图；
图3为本发明的使用状态图；
其中：1为摆动轴固定座，2为电机A，3为减速机A，4为轴承A，5为减速机B，6为位置传感器B，7为轴承B，8为旋转轴输出法兰，9为位置传感器A，10为电机B，11为摆动输出轴，12为旋转轴壳体，13为转轴，14为卫星表面侧板，15为太阳电池阵连接架，16为X轴，17为Z轴，18为太阳电池阵，19为双自由度电池阵驱动机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明包括摆动机构及旋转机构，该摆动机构包括摆动轴固定座1、摆动驱动部件及摆动输出轴11，旋转机构包括旋转驱动部件、旋转传动部件、旋转输出部件及旋转轴壳体12，其中摆动轴固定座1安装于卫星表面侧板14上，该摆动轴固定座1的一侧作为运动输入端安装有摆动驱动部件，另一侧为摆动输出轴11的辅助支撑，摆动输出轴11转动安装于摆动轴固定座1上，一端与摆动驱动部件相连；旋转驱动部件及旋转轴壳体12分别安装于摆动输出轴11上，该旋转驱动部件位于旋转轴壳体12的内部，旋转驱动部件通过旋转传动部件与旋转输出部件相连，该旋转输出部件与太阳电池阵18的太阳电池阵连接架15连接，旋转输出部件的轴向中心线与摆动输出轴11的轴向中心线垂直布置。
本发明的摆动机构及旋转机构中还分别安装了运动控制器，通过星载数据处理器接收遥控指令并下传工程参数。
本实施例的摆动轴固定座1的端面呈“U”型，“U”型开口的一侧作为运动输入端，“U”型开口的另一侧实现辅助支撑；摆动输出轴11的两端分别通过轴承A4与“U”型开口端的两侧转动连接。摆动输出轴11的输出端位于摆动输出轴11的中间位置，该摆动输出轴11的中间位置又作为旋转机构的固定座，这样就能把旋转驱动部件放在摆动输出轴11的中间，能够有效减小旋转机构在其轴向的尺寸。
本实施例摆动机构的运动控制器为位置传感器A9，安装在摆动轴固定座1辅助支撑的另一侧，能够实时反馈摆动输出轴11输出端的运动位置。位置传感器A9的定子安装于摆动轴固定座1辅助支撑的另一侧，位置传感器A9的转子与摆动输出轴11的另一端连接。
本实施例的摆动驱动部件包括电机A2及减速机A3，该电机A2安装于摆动固定座1上，为整个摆动输出轴11提供动力源，电机A2的转子与减速机A3的输入端连接，可以达到减速和提高扭矩的作用，该减速机A3的输出端与摆动输出轴11相连。
本实施例的旋转驱动部件包括电机B10及减速机B5，旋转传动部件为转轴13，旋转输出部件为旋转轴输出法兰8，该电机B10安装在摆动输出轴11的内部，电机B10的输出端与减速机B5的输入端连接，该减速机B5的输出端通过转轴13与旋转轴输出法兰8连接；本实施例的转轴13及旋转轴输出法兰8分别通过轴承B7与旋转轴壳体12转动连接。
本实施例旋转机构的运动控制器为位置传感器B6，安装于转轴13上；位置传感器B6的转子与转轴13连接，定子与旋转轴壳体12相连，通过位置传感器B6可实时反馈旋转轴输出法兰8的旋转位置。
本发明的工作原理为：
本发明的双自由度电池阵驱动机构19应用在空间卫星平台单机，一侧(即摆动轴固定座1)安装在卫星表面侧板14上，旋转轴输出法兰8与太阳电池阵18的太阳电池阵连接架15连接。
当需要摆动输出轴11进行转动时，给电机A2加电，电机A2驱动摆动机构整个运动部分进行转动，而位置传感器A9可实时给出摆动输出轴11转动的角度位置；而需要输出旋转转动时，需给电机B10加电，电机B10驱动太阳电池阵18进行旋转运动，位置传感器B6也可实时给出旋转轴输出法兰8转动的位置。也可以给两个电机A2、电机B10同时加电，使摆动输出轴11及旋转轴输出法兰8同时动作。
本发明的双自由度电池阵驱动机构19可以驱动太阳电池阵18绕Z轴17(摆动输出轴)的±85°往复摆动；绕X轴16(旋转输出轴)的175°往复旋转运动，实现太阳电池阵电池片实时跟踪太阳。
Claims (8)
1.一种双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：包括摆动机构及旋转机构，该摆动机构包括摆动轴固定座(1)、摆动驱动部件及摆动输出轴(11)，所述旋转机构包括旋转驱动部件、旋转传动部件、旋转输出部件及旋转轴壳体(12)，其中摆动轴固定座(1)安装于卫星表面侧板(14)上，该摆动轴固定座(1)的一侧作为运动输入端安装有所述摆动驱动部件，另一侧为所述摆动输出轴(11)的辅助支撑，所述摆动输出轴(11)转动安装于摆动轴固定座(1)上，一端与所述摆动驱动部件相连；所述旋转驱动部件及旋转轴壳体(12)分别安装于摆动输出轴(11)上，该旋转驱动部件位于所述旋转轴壳体(12)的内部，所述旋转驱动部件通过旋转传动部件与旋转输出部件相连，该旋转输出部件与太阳电池阵(18)的太阳电池阵连接架(15)连接，所述旋转输出部件的轴向中心线与所述摆动输出轴(11)的轴向中心线垂直布置。
2.根据权利要求1所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述摆动输出轴(11)的输出端位于摆动输出轴(11)的中间位置，该摆动输出轴(11)的中间位置又作为所述旋转机构的固定座。
3.根据权利要求1所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述摆动轴固定座(1)辅助支撑的另一侧安装有反馈摆动输出轴(11)输出端运动位置的位置传感器A(9)，该位置传感器A(9)的定子安装于所述摆动轴固定座(1)辅助支撑的另一侧，所述位置传感器A(9)的转子与摆动输出轴(11)的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述摆动轴固定座(1)的端面呈“U”型，所述摆动输出轴(11)的两端分别通过轴承A(4)与“U”型开口端的两侧转动连接。
5.根据权利要求1所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述摆动驱动部件包括电机A(2)及减速机A(3)，该电机A(2)安装于所述摆动固定座(1)上，所述电机A(2)的转子与减速机A(3)的输入端连接，该减速机A(3)的输出端与所述摆动输出轴(11)相连。
6.根据权利要求1所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述旋转驱动部件包括电机B(10)及减速机B(5)，所述旋转传动部件为转轴(13)，所述旋转输出部件为旋转轴输出法兰(8)，该电机B(10)安装在所述摆动输出轴(11)的内部，所述电机B(10)的输出端与减速机B(5)的输入端连接，该减速机B(5)的输出端通过所述转轴(13)与旋转轴输出法兰(8)连接。
7.根据权利要求6所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述转轴(13)及旋转轴输出法兰(8)分别通过轴承B(7)与旋转轴壳体(12)转动连接。
8.根据权利要求6所述的双自由度太阳电池阵驱动机构，其特征在于：所述转轴(13)上安装有位置传感器B(6)，该位置传感器B(6)的转子与所述转轴(13)连接，定子与所述旋转轴壳体(12)相连。
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