CN117068398A - 一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置及其传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置及其传输方法，属于飞行器供电技术领域，解决了现有技术中采用导电滑环进行电能传输带来的费用高、占用空间大的问题。本发明包括：第一连接装置、第二连接装置和绕线器；所述绕线器设置在第一连接装置和第二连接装置之间，且所述绕线器的两端分别连接第一连接装置和第二连接装置；所述第一连接装置用于连接驱动机构的输出轴和运动部件；所述第二连接装置与驱动机构的外壳固定连接；所述绕线器包括：卷簧和排线。本发明实现了驱动机构的去滑环，通过摆动传输装置实现太阳翼信号的传输和供电，同时减小了摆动传输装置的占用空间，实现了设备的小型化，同时节约了成本。

Description

一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置及其传输方法

技术领域

本发明涉及飞行器供电技术领域，尤其涉及一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置及其传输方法。

背景技术

太阳翼驱动装置是卫星等航天器高效的能源获取装置，它联合蓄电池组构成空间电源的主力。太阳电池阵发电效率与太阳光辐射方向正相关，因此，航天器在轨工作期间需要不断调整太阳翼的姿态，通过控制基板法线平行于太阳光辐射方向来最大程度地获取太阳能。

太阳翼驱动装置(SADA)的目的是使太阳电池面能始终朝向太阳，从而提高太阳电池的效率。太阳翼驱动装置一方面驱动太阳翼绕着航天器本体做相对转动，另一方面把太阳翼产生的电能输送到航天器本体中，保证整星能源的有效供给。

太阳翼驱动装置通常由步进电机、角位移传感器、谐波减速器，导电滑环组成。导电滑环一端与太阳翼电缆相连，另一端与星体计算机相连，可360°连续转动。其主要功能是将做旋转运动的太阳翼上的电能和传感器的信号，传递到卫星内部的电池和控制计算机上。

现行太阳翼驱动装置大多采用导电滑环结构完成传能功能，但是导电滑环具有成本高、风险大、传输效率存在损失的缺点。同时导电滑环上，电刷和环道的相对滑动产生的磨削易引发放电、短路等失效问题。基于上述分析，现在需要一种满足传能功能、结构紧凑简单、成本较低且可靠性高的摆动传输装置。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置及其传输方法，用以解决采用导电滑环进行电能传输带来的费用高、占用空间大的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置，包括：第一连接装置、第二连接装置和绕线器；所述绕线器设置在第一连接装置和第二连接装置之间，且所述绕线器的两端分别连接第一连接装置和第二连接装置；所述第一连接装置用于连接驱动机构的输出轴和运动部件；所述第二连接装置与驱动机构的外壳固定连接；所述绕线器包括：卷簧和排线。排线外覆屏蔽胶带，贴合卷簧设置。

进一步地，所述第一连接装置包括：传动轴和第一压块。

进一步地，所述传动轴连接所述驱动机构的输出轴和运动部件；所述卷簧的内部端与传动轴固定连接；所述排线的一端通过第一压块压紧固定在所述传动轴上。

进一步地，所述传动轴上设有第一凸台和第二凸台；所述卷簧的内部端通过螺钉与所述第一凸台固定连接；所述排线通过第二压块压紧固定在所述第二凸台上。

进一步地，所述第一凸台的端面设有第一凹槽，所述卷簧的端部卡入所述第一凹槽中。

进一步地，所述第一凸台和第二凸台在所述传动轴上对称设置。

进一步地，所述第二连接装置包括：装置外壳、底座和第二压块。

进一步地，所述装置外壳罩设在所述绕线器的外部，且所述装置外壳与所述传动轴同轴线。

进一步地，所述底座固定安装在所述装置外壳上。

进一步地，所述底座为T形结构。

进一步地，所述底座的底端伸入所述装置外壳内部，并通过第二压块与绕线器连接。

进一步地，所述排线的另一端通过所述第二压块压紧在所述底座的底端端面上。同时，第二压块将所述卷簧的外部端压紧固定在底座的第二凹槽内。

进一步地，所述第二压块与所述底座之间通过螺栓连接。

进一步地，所述传动轴为环形圆柱形结构，且所述传动轴上设置轴向的矩形通孔作为排线安装孔；所述排线的一端穿过所述排线安装孔与运动部件上的用电设备或通讯设备连接。

进一步地，所述装置外壳的外侧设置电连接器，所述排线的另一端与所述电连接器连接。

进一步地，绕线器沿传动轴轴向两侧设置限位片，所述限位片与装置外壳通过螺钉固定连接。

一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置传输方法，包括以下步骤：

步骤S1：将传动轴与驱动机构的输出轴和运动部件固定连接，同时装置外壳固定连接固定端的外壳；在传动轴和装置外壳之间连接绕线器；

步骤S2：将排线的两端分别连接固定端和运动部件的用电设备和/或信号收发设备；

步骤S3：运动部件相对于固定端旋转时，绕线器同步发生卷缩或展开运动；同时绕线器的排线保持电能/信号的持续传输。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.替代导电滑环，实现卫星太阳翼驱动装置的低成本化。

本发明的摆动传输装置，取消了传统卫星太阳翼驱动机构的导电滑环设计。通过主要由卷簧和排线构成的摆动传输装置实现了卫星太阳翼驱动装置的低成本化，摆动传输装置可满足太阳翼驱动装置的正反转动，从而实现太阳翼的对日定向捕获。

2.结构紧凑简单，可靠性较高。

本发明的摆动传输装置，包含卷簧、排线、压块、底座等，相比导电滑环，结构紧凑简单，可靠性较高，不存在电刷、环道等电子器件的失效问题。

3.排线具有挠性、信号屏蔽功能，满足使用寿命，且不易发生堵塞和堆叠。

本发明的摆动传输装置，通过卷簧与排线贴合，既增加了排线的挠性，同时利用卷簧将排线隔开，避免了排线在往复运动过程中可能出现的堵塞、堆叠、卡死的现象。通过排线外覆屏蔽胶带，既可以实现信号屏蔽也可以增加排线的弹性和挠性，提高使用寿命。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置的结构示意图-省略限位片；

图2为本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置的剖面图；

图3为卷簧结构示意图；

图4为本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置的结构示意图-设置限位片。

附图标记：

1-卷簧；2-排线；3传动轴；4-装置外壳；5-第一压块；6-底座；7-第二压块；8-电连接器；9-限位片；10-固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置，如图1、图2所示，所述摆动传输装置包括：绕线器、第一连接装置和第二连接装置；绕线器包括：卷簧1和排线2。

所述第一连接装置分别与驱动机构的输出轴和运动部件固定连接；所述第二连接装置和驱动机构的的外壳固定连接。

所述第一连接装置和第二连接装置之间设置绕线器；所述绕线器的两端分别与第一连接装置和第二连接装置固定连接；进而绕线器的两端通过第一连接装置和第二连接装置分别与运动部件和驱动机构的外壳固定连接。

传动轴3和装置外壳4相对旋转过一定角度时，卷簧1展开或收缩，所述排线2用于实现驱动机构和被驱动对象的电连接和/或信号传输。

实施时，卷簧1和排线2由于材料不同，在运动中的轨迹和发生的变形也不同。除靠近传动轴3和装置外壳4的两端外，卷簧1和排线2紧密贴合，在传动轴3和装置外壳4之间呈涡卷型分布。当传动轴3和装置外壳4之间相对转动时，卷簧1和排线2发生卷缩，避免了排线2的缠绕或者扭转，保持电能或信号的稳定传输。

传动轴3的两端分别与驱动机构的输出轴和太阳翼固定连接，进而带动太阳翼做旋转运动，排线2能够连接固定端(卫星)和运动端(太阳翼)上的用电设备或信号收发设备，将做旋转运动的太阳翼上的电能和传感器的信号，传递到卫星内部的电池和控制计算机上。

具体地，在传动轴3和装置外壳4内部设置排线2，排线2包括导线和/或信号线；多根导线和/或信号线并排设置形成排线2，同样卷绕成涡卷型，与卷簧1贴合。排线2在频繁往复运动下，使用次数内绝缘层不发生破坏，导线往复弯折不产生不产生疲劳损坏。

本发明利用了卷簧1和排线2的卷缩能力，实现电能的摆动传输，能够替代导电滑环，将太阳翼驱动机构的运动方式由连续转动更改为正反转的摆动，从而实现太阳翼和星体之间的能量和信号传输。

进一步地，传动轴3和装置外壳4均为环形圆柱结构，如图1、图2所示。

进一步地，绕线器的内部一端与第一连接装置连接，外部的一端与第二连接装置连接。

本发明的一种具体实施方式中，所述第一连接装置包括：第一压块5和传动轴3。

进一步地，卷簧1的内部端固定于传动轴3上，对应地，排线2伸入传动轴3的内部，并与太阳翼电缆连接。

本发明的一种具体实施方式中，排线2和卷簧1在传动轴3上的固定形式不同：

具体地，传动轴3的一侧设置第一凸台，卷簧1内部的一端通过螺钉固定安装在第一凸台上，如图2所示。

进一步地，第一凸台的端面上设置第一凹槽，卷簧1的端部卡入第一凹槽中，并通过螺钉与第一凸台固定连接。

具体地，传动轴3的径向方向上设置排线安装孔，排线2穿过排线安装孔，并且与太阳翼功率和信号电缆连接。

具体地，排线安装孔设置在第一凸台和第二凸台之间，如图2所示。

排线2与卷簧1贴合并缠绕在传动轴3外部。传动轴3上设有第二凸台，所述第一压块5能够将排线2压紧在传动轴3上，并且，第一压块5与第二凸台通过螺钉连接，实现排线2与传动轴3之间的固定连接，如图2所示。

具体地，第一凸台与第二凸台在传动轴3上对称设置。

本发明中，第一连接装置既保护了太阳翼功率和信号电缆不受力，又起到了对绕线器内部一端的固定作用。

本发明的一种具体实施方式中，所述第二连接装置包括：装置外壳4、底座6和第二压块7。

具体地，底座6设置在装置外壳4的外侧，装置外壳4上开设有底座安装孔，螺钉穿过底座6安装在装置外壳4的底座安装孔中，使底座6与装置外壳4通过螺钉固定连接。

具体地，底座6为T形结构，如图2所示。

具体地，T形结构的底座6的底端伸入装置外壳4的内部。底座6的底端端面上开设有第二凹槽，第二凹槽用于安装卷簧1的外部端。

进一步地，第二压块7将排线2压紧在底座6的底部端面上，同时压紧卷簧1。并且，第二压块7与底座6之间通过螺钉连接。

进一步地，装置外壳4的外侧还设有电连接器8，排线2压紧在底座6上的外部延伸部分与电连接器8连接。电连接器8用于连接驱动机构所在的固定端的设备。

第二连接装置既保护了电连接器8的接线端子不受力，又起到了对绕线器外部一端的固定作用。

考虑卷簧1和排线2材料和固定形式不同，所述绕线器在两端处，卷簧1和排线2未贴合。

本发明中，绕线器内部一端，第二凸台与第一压块5通过螺钉连接，通过第一压块5压紧排线2；确保太阳翼电缆不额外受力。绕线器外部一端，通过第二压块7压紧排线，确保电连接器接线端子处不额外受力。

本发明的一种具体实施方式中，所述摆动传输装置还设有限位片9和固定螺钉10；所述限位片9套设在装置外壳4和传动轴3之间，且设置于卷簧1的两侧，用于限制卷簧1的轴向窜动。

具体地，限位片9通过固定螺钉与装置外壳4固定连接，如图4所示。

进一步地，排线2表面覆有一层屏蔽胶带，使排线2具备一定弹性和韧性的同时，也可以实现绝缘的效果，进行信号屏蔽，从而避免其因频繁往复运动而失效和产生信号干扰。

进一步地，根据驱动机构力矩要求、转动角度要求和传动轴与外壳的尺寸要求，可对卷簧的厚度、宽度和工作圈数进行设计。

卷簧1的扭矩大小如公式(1)、公式(2)所示。根据驱动机构电机带载能力和太阳翼所需扭矩，转动角度和传动轴3、外壳4的半径要求R_内、R_外，对卷簧1的厚度b、宽度h和工作圈数n进行设计，使其满足使用要求。

l＝nπ(R_外+R_内) (1)

式中，

l——有效长度，mm；

n——有效圈数；

R_外——外壳半径，mm；

R_内——传动轴半径，mm；

E——材料的弹性模量，MPa；

b——截面厚度，mm；

h——截面宽度，mm；

K₁——经验系数；

——变形角度，rad；

T——扭转刚度，Nm。

实施时，绕线器与传动轴3相连的一侧，为随动端；随动端跟随传动轴3运动。与装置外壳4相连侧，为固定端。当太阳翼转动时，绕线器从随动端到固定端顺次均匀变形，确保在绕线器最大变形范围内可转动至太阳翼要求的最大工作角度。且最大工作角度在卷簧1和排线2的许用变形范围内，转动次数也在卷簧1和排线2的最大寿命要求内。

本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，解决了现有导电滑环结构成本高、风险大、传输效率存在损失的缺点，并且避免了采用导电滑环传输时由于电刷和环道的相对滑动产生的磨削引发的放电、短路等失效问题。

本发明通过摆动传输装置替代导电滑环，将太阳翼驱动机构的运动方式由连续转动更改为正反摆动。既能实现对太阳翼的位姿调整，又具有结构紧凑简单、成本低、失效风险小、传输效率高的优点。

实施例2

本发明的一个具体实施例，提供了一种实施例1的太阳翼驱动机构用摆动传输装置的传输方法，包括以下步骤：

步骤S1：将传动轴3与驱动机构的输出轴和转动端固定连接，同时装置外壳4固定连接固定端的外壳；在传动轴3和装置外壳4之间连接绕线器；

步骤S2：将排线2的两端分别连接固定端和转动端的用电设备和/或信号收发设备；

步骤S3：转动端相对于固定端旋转时，绕线器同步发生卷缩或展开运动；同时绕线器的排线2保持电能/信号的持续传输。

所述步骤S3中，绕线器与传动轴3相连的一侧，为随动端；随动端跟随传动轴3运动；绕线器与装置外壳4相连的一侧，为固定端。当转动端(太阳翼)转动时，绕线器从随动端到固定端顺次均匀变形。

所述步骤S1中，本发明的转动端和固定端为摆动传输装置用于实现电能/信号传输时，两端的相对旋转的设备。示例性地，摆动传输装置应用于卫星和太阳翼的传输时，转动端为太阳翼，固定端为卫星。

所述步骤S1中，将绕线器的排线2紧贴卷簧1设置，如图2所示。

卷簧1结构如图3所示，卷簧1的一端与传动轴3固定连接，另一端与装置外壳固定连接；排线2的一端通过第一压块5压紧固定在传动轴3上，另一端通过第二压块7压紧固定在底座6上，底座6与装置外壳4固定连接；

通过上述的连接固定后，绕线器的一端与转动端(太阳翼)同步运动，另一端与固定端(卫星)同步运动。

所述步骤S2中，根据实际需要，排线2包括用于传输电能的导线和/或用于传输信号的信号线(电缆/光纤)。

所述步骤S3中，传动轴3和装置外壳4相对旋转过一定角度时，卷簧1展开或收缩，所述排线2用于实现驱动机构和被驱动对象的电连接和/或信号传输。

本发明中，确保在绕线器最大变形范围内可转动至太阳翼要求的最大工作角度。在转动端(太阳翼)发生往复摆动运动时，绕线器同步发生卷缩或展开运动，保证了电能/信号的有效传输的同时，避免了线缆的缠绕或扭转，延长了使用寿命。

本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，替代太阳翼驱动机构内的导电滑环。采用前半周对日定向捕捉，后半周翻转复位的正反转、摆动工作模式。

值得注意的是：

虽然本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置为适应飞行器(例如，卫星)的翼面的转动位姿调整设计的，但是本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置仍可应用于其他需要摆动传输功率的场景，其应用对象不作为对本发明保护范围的限制。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：

1.本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，能够替代传统卫星太阳翼驱动机构的导电滑环设计。主要通过由卷簧1和排线2构成的摆动传输装置实现了卫星太阳翼驱动装置的低成本化，摆动传输装置可满足太阳翼驱动装置的正反转动。

2.本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，包含卷簧1、排线2、压块、底座等，相比导电滑环，结构紧凑简单，可靠性较高，不存在电刷、环道等电子器件的失效问题，提高了电能传输的稳定性。

3.本发明的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，通过卷簧与排线贴合，既增加了排线的挠性，同时利用卷簧将排线隔开，避免了排线在往复运动过程中可能出现的堵塞、堆叠、卡死的现象。

4.本发明的线束摆动传输装置，通过排线外覆屏蔽胶带，既可以实现信号屏蔽也可以增加排线的弹性和挠性，提高使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，包括：第一连接装置、第二连接装置和绕线器；所述绕线器设置在第一连接装置和第二连接装置之间，且所述绕线器的两端分别连接第一连接装置和第二连接装置；所述第一连接装置用于连接驱动机构的输出轴和运动部件；所述第二连接装置与驱动机构的外壳固定连接。

2.根据权利要求1所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述第一连接装置包括：传动轴(3)。

3.根据权利要求2所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述绕线器包括卷簧(1)和排线(2)。

4.根据权利要求3所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述排线(2)外覆屏蔽胶带，贴合所述卷簧(1)设置。

5.根据权利要求3或4所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述第二连接装置包括：装置外壳(4)，所述装置外壳(4)罩设在所述绕线器外部。

6.根据权利要求5所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述第二连接装置还包括：底座(6)和第二压块(7)。

7.根据权利要求6所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述底座(6)固定安装在所述装置外壳(4)上；所述底座(6)的底端伸入所述装置外壳(4)内部，并通过第二压块(7)与绕线器连接。

8.根据权利要求7所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述传动轴(3)为环形圆柱结构。

9.根据权利要求8所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置，其特征在于，所述装置外壳(4)的外侧设置电连接器(8)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的太阳翼驱动机构用摆动传输装置传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将传动轴(3)与驱动机构的输出轴和运动部件固定连接，同时装置外壳(4)固定连接固定端的外壳；在传动轴(3)和装置外壳(4)之间连接绕线器；

步骤S2：将排线(2)的两端分别连接固定端和运动部件的用电设备和/或信号收发设备；

步骤S3：运动部件相对于固定端旋转时，绕线器同步发生卷缩或展开运动；同时绕线器的排线(2)保持电能/信号的持续传输。