CN117997247B - 一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，涉及传动装置技术领域，本发明通过齿轮传动机构中的一组锥齿轮和一组直齿轮将第一帆板和第二帆板动联动起来，在帆板动力杆将第一帆板推开的同时，传动机构中的两组齿轮相互啮合使第二帆板同步打开，同时通过第一底部连杆、第二底部连杆使第一帆板和第三帆板始终保持平行状态，提高展开效率，结构简单、可靠性高，降低生产成本，同时解决折叠过程中存在的折痕处疲劳和损伤问题，保证系统的鲁棒性。在折叠收纳状态时也具有更小的收纳体积，可用于人造卫星光伏板展开、便携式折叠光伏板充电装置等存在帆板结构的展开与折叠等使用场景的机械结构中。

Description

一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构

技术领域

本发明涉及传动装置技术领域，尤其涉及一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构。

背景技术

光伏板是一种利用太阳能发电的装置，它由多个太阳能电池组成，可以将太阳光转化为电能。光伏板广泛应用于航天、通信、农业、建筑等领域，具有清洁、可再生、无污染等优点。然而，光伏板也存在一些问题，如太阳能电池的转换效率低、光伏板的体积大、重量重、单一维度上展开速度慢、安装和运输不便等。

为了解决这些问题，一些研究者提出了光伏板的折叠和展开技术，即通过一定的机械结构，使光伏板能够在不使用时折叠起来，减少占用的空间和重量，方便携带和储存；在需要使用时展开，增加受光面积，提高发电效率。但是，现有的折叠和展开机械结构都比较复杂，需要多个驱动部件和传动部件，操作和控制不便，且易于出现故障和损耗。

目前，光伏板折叠机构的类型主要有单件式、关节式和折纸式三种。单件式折叠机构具有高功率输出、高转换效率、结构紧凑、操作简便等优点，但是制作成本较高，且需要多个驱动部件和传动部件，易于出现故障和损耗。关节式折叠机构具有结构灵活、适应性强、可靠性高等优点，但是结构复杂，需要精确的控制和同步，且存在干涉和碰撞的风险。折纸式折叠机构具有结构简单、重量轻、占用空间小等优点，但是折叠过程中存在折痕的疲劳和损伤的问题，且单个平行四连杆机构存在死点，四个边共线时，运动方向不确定。

因此，有必要研究一种结构简单可靠，可在两个维度上同时展开以提高展开效率，并保证系统的鲁棒性，其在折叠收纳状态时也应该具有更小的收纳体积。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，解决了现有的折叠机构展开效率低，结构复杂可靠性差这一技术难题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，包括主体部分、齿轮传动机构与帆板部分，所述帆板部分包括能够折叠和展开的第一帆板、第二帆板和第三帆板，所述主体部分的帆板动力杆将第一帆板推开的同时，第一帆板通过齿轮传动机构中的一组锥齿轮和一组直齿轮相互啮合使第二帆板同步打开，同时第一帆板通过平行四连杆机构使第三帆板同步打开，平行四连杆机构包括第一底部连杆和第二底部连杆，所述第一底部连杆的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器上的固定杆通孔处，所述第一底部连杆的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器上的共轴转动副一处；所述第二底部连杆的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器上的外侧共轴转动副处，所述第二底部连杆的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器上的共轴转动副二处。

进一步地，所述主体部分包括主体支架和帆板动力杆，主体支架为整个机构提供支撑，第一帆板的内侧与主体支架通过两个共轴转动副连接；帆板动力杆的大臂固定安装在主体支架的支撑桁架处，帆板动力杆的小臂连接在第一帆板上的动力关节处，第一帆板翻转带动齿轮传动机构围绕第一帆板内侧与主体支架连接处的关节中心旋转。

进一步地，所述齿轮传动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、传动机构上壳、传动机构下壳、大直齿轮、大轴、小直齿轮、小轴、传动机构连接件和联轴器，第一锥齿轮与第一帆板在关节处连接，大轴穿过传动机构连接件、传动机构下壳、大直齿轮、第二锥齿轮、传动机构上壳连接固定，第二锥齿轮同时与第一锥齿轮啮合，小轴穿过传动机构下壳、小直齿轮、传动机构上壳连接固定，小直齿轮同时与大直齿轮啮合，小轴与第二帆板轴连接器通过联轴器连接固定，传动机构连接件与第一帆板内侧紧固连接。

进一步地，当第一帆板打开90°时，第二帆板打开180°。

进一步地，所述大直齿轮和小直齿轮的传动比为2。

进一步地，所述第一帆板、第二帆板和第三帆板两两通过共轴转动副连接固定。

进一步地，所述的帆板动力杆采用电动推杆，电动推杆在接通电源情况下可作为动力供应系统带动第一帆板绕其与基座间的转动副翻转展开，第二帆板、第三帆板在齿轮传动机构与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板同步展开，并在展开到位后电动推杆自锁。

进一步地，所述的帆板动力杆采用伸缩杆，人工打开第一帆板，第二帆板、第三帆板在齿轮传动机构与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板同步展开，并在展开到位后伸缩杆上的锁销自动弹出，将伸缩杆的长度锁定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，通过齿轮传动机构中的一组锥齿轮和一组直齿轮将第一帆板和第二帆板动联动起来，在帆板动力杆将第一帆板推开的同时，传动机构中的两组齿轮相互啮合使第二帆板同步打开，同时通过第一底部连杆、第二底部连杆使第一帆板和第三帆板始终保持平行状态，提高展开效率。

2、本发明提供的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构结构简单、可靠性高，降低生产成本，同时解决折叠过程中存在的折痕处疲劳和损伤问题，保证系统的鲁棒性。

3、本发明提供的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，在折叠收纳状态时也具有更小的收纳体积，可用于人造卫星光伏板展开、便携式折叠光伏板充电装置等存在帆板结构的展开与折叠等使用场景的机械结构中。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的主体部分结构示意图。

图3为本发明实施例提供的齿轮传动机构部分结构爆炸图。

图4为本发明实施例提供的帆板部分结构爆炸图。

图5为本发明实施例提供的光伏板展开机构闭合状态图。

图6为本发明实施例提供的光伏板展开机构展开角度为45°状态图。

附图标记说明：

1、主体部分；1-1、主体支架；1-2、帆板动力杆；

2、齿轮传动机构部分；2-1、第一锥齿轮；2-2、第二锥齿轮；2-3、传动机构上壳；2-4、传动机构下壳；2-5、大直齿轮；2-6、大轴；2-7、小直齿轮；2-8、小轴；2-9、传动机构连接件；2-10、联轴器；

3、帆板部分；3-1、第一帆板；3-2、第二帆板；3-3、第三帆板；3-4、第一帆板连接器；3-5、第二帆板轴连接器；3-6、第三帆板连接器；3-7、第一底部连杆；3-8、第二底部连杆；3-9、固定杆通孔；3-10、外侧共轴转动副；3-11、共轴转动副一；3-12、共轴转动副二。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。以下所述实施方式，仅为本申请所例举的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，参见图1所示，包括主体部分1、齿轮传动机构2与帆板部分3。

具体地，所述主体部分1包括主体支架1-1和帆板动力杆1-2；如图2所示。

所述齿轮传动机构2包括第一锥齿轮2-1、第二锥齿轮2-2、传动机构上壳2-3、传动机构下壳2-4、大直齿轮2-5、大轴2-6、小直齿轮2-7、小轴2-8、传动机构连接件2-9和联轴器2-10；如图3所示。

所述帆板部分3包括能够折叠和展开的第一帆板3-1、第二帆板3-2、第三帆板3-3、第一帆板连接器3-4、第二帆板轴连接器3-5、第三帆板连接器3-6、第一底部连杆3-7和第二底部连杆3-8；如图4所示。

所述主体部分1的帆板动力杆1-2将第一帆板3-1推开的同时，第一帆板3-1通过齿轮传动机构2中的一组锥齿轮和一组直齿轮相互啮合使第二帆板3-2同步打开，同时第一帆板3-1通过平行四连杆机构使第三帆板3-3同步打开。

关于主体部分1，主体支架1-1为整个机构提供支撑，帆板动力杆1-2产生动力使第一帆板3-1打开。具体地，第一帆板3-1的内侧与主体支架1-1通过两个共轴转动副连接；帆板动力杆1-2的大臂固定安装在主体支架1-1的支撑桁架处，帆板动力杆1-2的小臂连接在第一帆板3-1上的动力关节处，第一帆板3-1翻转带动齿轮传动机构2围绕第一帆板3-1内侧与主体支架1-1连接处的关节中心旋转。帆板动力杆1-2的小臂结构提供径向推力，通过第一帆板3-1上的动力关节使第一帆板3-1翻转打开。该处结构完成了本折叠展开系统动力源简单的设计要求。

优选的实施例中，所述的帆板动力杆1-2采用电动推杆，电动推杆在接通电源情况下可作为动力供应系统自主展开与折叠，电动推杆带动第一帆板3-1绕其与基座间的转动副翻转展开，第二帆板3-2、第三帆板3-3在齿轮传动机构2与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板3-1同步展开，并在展开到位后电动推杆自锁，起支撑作用，保证帆板展开后不在运动。

另一优选的实施例中，所述的帆板动力杆1-2采用带有锁销的伸缩杆，在未接通电源的情况下手动展开第一帆板3-1，第二帆板3-2、第三帆板3-3在齿轮传动机构2与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板3-1同步展开，伸缩杆伸长，并在展开到位后伸缩杆上的锁销自动弹出，将伸缩杆的长度锁定，起支撑作用，保证第一帆板3-1展开后不再运动，帆板动力杆1-2可作为支撑结构，为手动展开的光伏板提供支撑固定作用。

关于齿轮传动机构2，第一锥齿轮2-1与第一帆板3-1在关节处连接，大轴2-6穿过传动机构连接件2-9、传动机构下壳2-4、大直齿轮2-5、第二锥齿轮2-2、传动机构上壳2-3连接固定，第二锥齿轮2-2同时与第一锥齿轮2-1啮合，小轴2-8穿过传动机构下壳2-4、小直齿轮2-7、传动机构上壳2-3连接固定，小直齿轮2-7同时与大直齿轮2-5啮合，小轴2-8与第二帆板轴连接器3-5通过联轴器2-10连接固定，传动机构连接件2-9与第一帆板3-1内侧紧固连接。

当第一帆板3-1打开时，第一帆板3-1翻转带动齿轮传动机构围绕第一帆板3-1内侧与主体支架1-1连接处的关节中心旋转。第一锥齿轮2-1固定在主体支架关节处，与其啮合的第二锥齿轮2-2在随传动机构连接件2-9翻转的同时沿啮合方向转动，大直齿轮2-5与第二锥齿轮2-2都连接固定在大轴2-6上，故第二锥齿轮2-2转动时带动大直齿轮2-5共轴同向转动，带动与大直齿轮2-5啮合的小直齿轮2-7同时转动，因为小直齿轮2-7与小轴2-8连接固定，同时小轴2-8与第二帆板轴连接器3-5通过联轴器2-10连接固定，故当小直齿轮2-7转动时将带动第二帆板轴连接器3-5同向转动。所述第一帆板翻转打开的同时，由于齿轮传动机构的作用使第二帆板翻转打开。该处结构完成了本折叠展开系统简单可靠的设计要求。

进一步地，所述大直齿轮2-5和小直齿轮2-7的传动比为2。当第一帆板3-1打开90°时，第二帆板3-2打开180°。

关于帆板部分3，所述第一帆板3-1、第二帆板3-2和第三帆板3-3两两通过共轴转动副连接固定，平行四连杆机构包括第一底部连杆3-7和第二底部连杆3-8，所述第一底部连杆3-7的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器3-4上的固定杆通孔3-9处，所述第一底部连杆3-7的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器3-6上的共轴转动副一3-11处；所述第二底部连杆3-8的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器3-4上的外侧共轴转动副3-10处，所述第二底部连杆3-8的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器3-6上的共轴转动副二3-12处；第一帆板连接器3-4安装在第一帆板3-1上，第三帆板连接器3-6安装在三帆板3-3上。由于两根底部连杆的存在第一帆板3-1与第三帆板3-3始终保持平行，第二帆板轴连接器3-5固定安装在第二帆板3-2上，当第二帆板轴连接器3-5随着小直齿轮2-7转动时，带动第二帆板3-2转动，第一帆板3-1、第二帆板3-2和第三帆板3-3同步翻转打开。该处结构完成了本折叠展开系统同步打开的设计要求。

图5示出了本发明的一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构。本折叠展开系统处于闭合状态时第一帆板3-1、第二帆板3-2和第三帆板3-3相互折叠贴合，占用空间较小。完成了本折叠展开系统折叠状态下占用空间小的设计要求。

图6示出了本发明的一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构。本折叠展开系统处于展开角度为45°状态时，第一帆板3-1和第三帆板3-3相互平行展开，同时由于第二帆板轴连接器3-5带动第二帆板2-2同步展开，展开速度快。完成了本折叠展开系统快速展开折叠的设计要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特殊进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，包括主体部分（1）、齿轮传动机构（2）与帆板部分（3），所述帆板部分（3）包括能够折叠和展开的第一帆板（3-1）、第二帆板（3-2）和第三帆板（3-3），其特征在于，所述主体部分（1）的帆板动力杆（1-2）将第一帆板（3-1）推开的同时，第一帆板（3-1）通过齿轮传动机构（2）中的一组锥齿轮和一组直齿轮相互啮合使第二帆板（3-2）同步打开，同时第一帆板（3-1）通过平行四连杆机构使第三帆板（3-3）同步打开；

所述平行四连杆机构包括第一底部连杆（3-7）和第二底部连杆（3-8），所述第一底部连杆（3-7）的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器（3-4）上的固定杆通孔（3-9）处，所述第一底部连杆（3-7）的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器（3-6）上的共轴转动副一（3-11）处；所述第二底部连杆（3-8）的一端通过转动轴连接在第一帆板连接器（3-4）上的外侧共轴转动副（3-10）处，所述第二底部连杆（3-8）的另一端通过转动轴连接在第三帆板连接器（3-6）上的共轴转动副二（3-12）处；第一帆板连接器（3-4）安装在第一帆板（3-1）上，第三帆板连接器（3-6）安装在三帆板（3-3）上；

所述齿轮传动机构（2）包括第一锥齿轮（2-1）、第二锥齿轮（2-2）、传动机构上壳（2-3）、传动机构下壳（2-4）、大直齿轮（2-5）、大轴（2-6）、小直齿轮（2-7）、小轴（2-8）、传动机构连接件（2-9）和联轴器（2-10），第一锥齿轮（2-1）与第一帆板（3-1）在关节处连接，大轴（2-6）穿过传动机构连接件（2-9）、传动机构下壳（2-4）、大直齿轮（2-5）、第二锥齿轮（2-2）、传动机构上壳（2-3）连接固定，第二锥齿轮（2-2）同时与第一锥齿轮（2-1）啮合，小轴（2-8）穿过传动机构下壳（2-4）、小直齿轮（2-7）、传动机构上壳（2-3）连接固定，小直齿轮（2-7）同时与大直齿轮（2-5）啮合，小轴（2-8）与第二帆板轴连接器（3-5）通过联轴器（2-10）连接固定，传动机构连接件（2-9）与第一帆板（3-1）内侧紧固连接；第二帆板轴连接器（3-5）固定安装在第二帆板（3-2）上。

2.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，所述主体部分（1）包括主体支架（1-1）和帆板动力杆（1-2），主体支架（1-1）为整个机构提供支撑，第一帆板（3-1）的内侧与主体支架（1-1）通过两个共轴转动副连接；帆板动力杆（1-2）的大臂固定安装在主体支架（1-1）的支撑桁架处，帆板动力杆（1-2）的小臂连接在第一帆板（3-1）上的动力关节处，第一帆板（3-1）翻转带动齿轮传动机构（2）围绕第一帆板（3-1）内侧与主体支架（1-1）连接处的关节中心旋转。

3.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，当第一帆板（3-1）打开90°时，第二帆板（3-2）打开180°。

4.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，所述大直齿轮（2-5）和小直齿轮（2-7）的传动比为2。

5.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，所述第一帆板（3-1）、第二帆板（3-2）和第三帆板（3-3）两两通过共轴转动副连接固定。

6.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，所述的帆板动力杆（1-2）采用电动推杆，电动推杆在接通电源情况下可作为动力供应系统带动第一帆板（3-1）绕其与基座间的转动副翻转展开，第二帆板（3-2）、第三帆板（3-3）在齿轮传动机构（2）与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板（3-1）同步展开，并在展开到位后电动推杆自锁。

7.根据权利要求1所述的基于齿轮传动、双向协同的光伏板展开机构，其特征在于，所述的帆板动力杆（1-2）采用伸缩杆，人工打开第一帆板，第二帆板（3-2）、第三帆板（3-3）在齿轮传动机构（2）与平行四连杆机构的带动下，随第一帆板（3-1）同步展开，并在展开到位后伸缩杆上的锁销自动弹出，将伸缩杆的长度锁定。