CN217062477U - 小卫星折展驱动组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及小卫星折展驱动组件，用于装设至彼此相邻的两个天线面阵之间，所述小卫星折展驱动组件至少包括超声驱动组件、编码器、主动铰链以及从动铰链，以两个天线面阵相对彼此转动的虚拟转动轴的延伸方向为第一方向，其中，超声驱动组件具有固定端面与输出端面且其两端面分别通过主动铰链连接至不同的天线面阵上，以使得在启动超声驱动组件的情况下，两个天线面阵之间形成的夹角能够按照固定端面与输出端面之间的相对位置关系改变的方式增大或减小，编码器通过从动铰链连接至不同的天线面阵上且其与超声驱动组件按照彼此分别位于天线面阵在第一方向上的两侧且彼此能够进行信息交互的方式相连接。

Description

小卫星折展驱动组件

技术领域

本实用新型涉及通信天线技术领域，尤其涉及小卫星折展驱动组件。

背景技术

随着大型空间飞行器的迅速发展，空间结构日趋庞大，由于运载工具有效空间的限制，许多空间结构(如空间平台、大型可展天线、太阳帆、伸展臂等)不得不以折叠压缩状送入太空，进入预定轨道后再展开并组装为所设计的几何构型。对于种类繁多的星载天线，其展开驱动力或展开方式也各有不同，目前采用的天线展开机构主要分为两种，一种是基于扭簧铰链的展开结构，然而此类展开机构中扭簧铰链的驱动前期动量大，容易造成天线展开的冲击，对卫星安全造成威胁，并且由于铰链回转的需要，其间隙必须设置得较大，导致其驱动精度低；另一种是基于电机驱动的展开结构，若采用没有中间的机械传动环节的直接驱动的话，电机体积重量过大而不适于展开结构的轻质化要求，而若简单叠加普通减速器，则会导致展开机构的驱动精度降低。常规的电磁激励电机的环境防护要求高，结构设计复杂，可靠性差。

例如，公开号为CN1641926A的专利文献提出的一种自动展开机电式平面阵天线，当控制机构PLC模块CPU226接到天线展开指令后，向两个电机驱动器MDDA152A1A同时发出控制指令，这两个电机驱动器分别驱动两个俯仰机构上的伺服电机MDMA153A1A运转。伺服电机上的编码器将电机速度信号经电机驱动器反馈给PLC扩展模块EM235，经过EM235做A/D变换后变为数字量的两路速度信号发送至CPU226进行比较。以其中一路速度为基准，另一路速度与之相比较，并适当加减，以保持两路速度一致。当角度传感器指示天线上边块接近预定角度位置时，检测两路驱动电机转矩的变化，当转矩从40％突然增加到70％以上时，判定该路驱动机构到位，并锁止该路电机；当另外一路转矩也出现同样变化时，才能判定天线上阵面旋转到位。天线转动到位后，控制机构PLC模块CPU226发指令给插销电机驱动器，驱动定位销，插入天线下边块上的定位孔内；当驱动器反馈力矩大于规定值时，表示天线锁紧到位。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本实用新型时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

实用新型内容

针对目前采用的天线展开机构所存在的驱动精度低、可靠性差的问题，本申请提出了小卫星折展驱动组件，用于装设至彼此相邻的两个天线面阵之间以使得经驱动组件连接的两个天线面阵能够相对彼此转动，所述小卫星折展驱动组件至少包括超声驱动组件、编码器、主动铰链以及从动铰链。以两个天线面阵相对彼此转动的虚拟转动轴的延伸方向为第一方向。其中，超声驱动组件具有固定端面与输出端面且其两端面分别通过主动铰链连接至不同的天线面阵上。以使得在启动超声驱动组件的情况下，两个天线面阵之间形成的夹角能够按照固定端面与输出端面之间的相对位置关系改变的方式增大或减小。编码器通过从动铰链连接至不同的天线面阵上且其与超声驱动组件按照彼此分别位于天线面阵在第一方向上的两侧且彼此能够进行信息交互的方式相连接。本申请中提及的固定端面与输出端面之间的相对位置关系，可以是指基于标定的相对位置关系。两个端面中之一发生旋转而偏离标定相对位置后相对于标定相对位置而形成的相对位置。在本申请中由于输出轴自转即使得输出端面相对固定端面发生旋转，使得两者偏离标定相对位置。

在本申请中，本申请一方面采用了电机+减速器+编码器+铰链轴系的特殊结构设计，实现了更高精度驱动，以满足天线展开的高精度要求。另一方面提出了针对超声电机与编码器的新的布局方式，保障了以编码器所测得的角度变化数据来表征天线阵面的真实展开情况的可靠性。

根据一种优选实施方式，超声驱动组件至少包括具有所述输出端面的输出轴。输出轴位于虚拟转动轴的延伸方向上。以使得在通过外力作用而使得输出轴自转的情况下，两个天线面阵中之一能够按照朝向靠近另一天线面阵的方向转动的方式与另一天线面阵至少部分重叠。

根据一种优选实施方式，主动铰链至少包括分别用于与不同天线面阵相对应的第一活动铰链和第一固定铰链。超声驱动组件的固定端面连接在第一固定铰链上且其输出端面连接在第一活动铰链上。所述固定端面与所述输出端面均为超声驱动组件的同一端。

根据一种优选实施方式，所述超声驱动组件还包括超声电机以及具有所述输出轴与所述固定端面的减速器。超声电机的输出端连接在减速器上。

根据一种优选实施方式，主动铰链还包括第一转接板和第二转接板。第一转接板和第二转接板以各自的板体覆盖至少部分天线面阵且均相对虚拟转动轴为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵上。

根据一种优选实施方式，第一活动铰链具有沿垂直于虚拟转动轴的方向延伸的两端且其两端分别连接在第一转接板和输出轴上。使得第一转接板与输出轴分布于第一活动铰链在平行于虚拟转动轴的方向上的两侧。

根据一种优选实施方式，第一转接板上在靠近输出轴的一端开设有至少一个缺口。所述缺口朝向背离第一活动铰链的方向呈凹陷状且形成于该缺口内的板体与第一活动铰链间无连接关系。

根据一种优选实施方式，从动铰链至少包括分别与不同天线面阵对应的第二活动铰链和第二固定铰链。第二活动铰链的一端与第二固定铰链的一端通过从动轴彼此转动连接且从动轴位于虚拟转动轴的延伸方向上以使其与超声驱动组件的输出轴同轴设置。

根据一种优选实施方式，编码器具有机座以及一端从机座中延伸出来的前出轴。编码器按照机座连接至第二固定铰链上且其前出轴连接至从动轴的方式装配在从动铰链上。从动轴连接至第二活动铰链上。以使得在第二活动铰链相对第二固定铰链转动的情况下，编码器的前出轴能够按照其与从动轴同轴设置的方式与从动轴一起相对底座转动。

根据一种优选实施方式，从动铰链还包括第三转接板和第四转接板。第三转接板和第四转接板以各自的板体覆盖至少部分天线面阵且均相对虚拟转动轴为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵上。

附图说明

图1是本实用新型的小卫星折展驱动组件的简化主视结构示意图；

图2是本实用新型的小卫星折展驱动组件的简化剖视结构示意图；

图3是本实用新型的小卫星折展驱动组件装配至天线面阵上后的简化整体结构示意图。

附图标记列表

1：天线面阵；2：超声驱动组件；3：编码器；4：主动铰链；5：从动铰链；6：虚拟转动轴；7：固定端面；8：输出端面；9：输出轴；10：第一活动铰链；11：第一固定铰链；12：超声电机；13：减速器；14：第三转接板；15：第四转接板；16：缺口；17：从动轴；18：第二活动铰链；19：第二固定铰链；20：减速器波发生器；21：减速器钢轮；22：减速器柔轮；23：前出轴；24：机座；25：支撑底座；26：第一转接板；27：第二转接板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本申请提出了一种小卫星折展驱动组件，用于装设至彼此相邻的两个天线面阵1之间，以使得经驱动组件连接的两个天线面阵1能够相对彼此转动。在实际使用时，通过该驱动组件连接的两个天线面阵1能够实现可控的展开、收拢或调整。

所述小卫星折展驱动组件至少包括超声驱动组件2、编码器3、主动铰链4以及从动铰链5。本申请主要是通过主动铰链4与从动铰链5，分别将超声驱动组件2与编码器3装配至天线面阵1的两边，超声驱动组件2能够以相对普通电机更好的驱动精度来驱动天线面阵1的展开，编码器3伴随着天线面阵1的展开而测得其展开角度信息，转动到位后可断电锁死，对天线面阵1进行稳定地锁定。以两个天线面阵1相对彼此转动的虚拟转动轴6 的延伸方向为第一方向。

超声驱动组件2包括超声电机12以及减速器13。超声电机12的输出端连接在减速器13上。超声电机12具有驱动精度高、断电自锁、驱动力矩大以及环境适应性好等特点。本申请采用的减速器13为谐波减速器13 或称谐波传动减速器13。谐波减速器13具有大减速比以及驱动精度高的特点。减速器13主要包括减速器波发生器20、减速器钢轮21以及减速器柔轮22。减速器13靠减速器波发生器20装配上柔性轴承使减速器柔轮22 产生可控弹性变形，并与减速器钢轮21相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。工作时，固定减速器13刚轮，由超声电机12带动减速器波发生器20 转动，减速器柔轮22作为从动轮，输出转动，带动负载运动。

减速器13具有支撑底座25与输出轴9。输出轴9可以为减速器柔轮 22延伸所形成的轴体，也可以为与减速器柔轮22连接的轴体。输出轴9从支撑底座25中延伸出来，以将驱动力输出。支撑底座25的底部端面为超声驱动组件2的固定端面7。输出轴9延伸出支撑底座25的一端的端面为超声驱动组件2的输出端面8。输出轴9位于虚拟转动轴6的延伸方向上。

编码器3具有机座24以及一端从机座24中延伸出来的前出轴23。本申请采用的编码器3可以是绝对式编码器3或称绝对值编码器3。绝对式编码器3具有角度信息标定精度高的特点。可选用测量精度优于18位的绝对式光电编码器3。编码器3主要包括安装在机座24内的定子和转子、以及设于机座24外部的电气接口。前出轴23连接至定子铁芯。定子与转子同轴安装。被测量对象通过前出轴23与转子联动。定子上分布有数字处理器、信号发射与接收电路和数模转换电路。被测对象转动时带动转子转动。定子向转子发射电场信号并接收返回的信号进行处理。转子上带有调制电场图案。不同转动位置的调制信息不同。定子上的信号处理电路根据返回的接收信号判定转角位置，并经过模数转换电路对外输出角度传感器的角度信号。角度信号通过电气接口可传输至超声驱动组件2。

主动铰链4与从动铰链5分布于天线阵面在第一方向上的两侧，使得超声驱动组件与编码器3也分布于其两侧。即编码器3测得的是未设置超声电机12的一侧的转动角度。目前，相关研究中通常将编码器3设置至电机上或电机内，通过测量电机的输出轴9的转动情况，来确定天线阵面的展开情况，然而一方面，电机的输出端通常并非直接作用在天线阵面上，两者间的传动机构使得传动角度存在一定的偏差，导致电机输出轴9的转动并不能直接等同于天线阵面的展开，另一方面，电机通常是从单侧来带动整个天线阵面的转动，靠近电机所在侧的局部天线阵面受到的驱动力更大，也就容易导致该部分天线阵面受压而发生形变，形变下的该局部天线阵面也无法真实反映整个天线阵面的展开情况。对此，在本申请中，本申请一方面采用了超声电机12+谐波减速器13+绝对式编码器3的特殊结构设计，实现了更高精度驱动，以满足天线展开的高精度要求，另一方面提出了针对超声电机12与绝对式编码器3的新的布局方式，最大程度地保障了以绝对式编码器3所测得的角度变化数据来表征天线阵面的真实展开情况的可靠性。

主动铰链4包括第一转接板26和第二转接板27，从动铰链5包括第三转接板14和第四转接板15。转接板用于直接连接在天线阵面上。天线阵面上预留有用于安装转接板的若干螺纹孔和/或若干销钉孔。转接板通过若干螺钉和/或若干销钉定位至天线阵面上，以提高其位置精度的稳定性。转接板可以是薄板状结构，或是适应于安装需要所设置的其他形状。

主动铰链4包括第一固定铰链11和第一活动铰链10，从动铰链5包括第二固定铰链19和第二活动铰链18。转接板上预留有若干螺纹孔和/或若干销钉孔。铰链(固定铰链以及活动铰链)通过若干螺钉和/或若干销钉定位至与之对应的转接板上。铰链可以是具有一定厚度的条形板状结构，或是适应于安装需要所设置的其他形状。

第一活动铰链10通过第一转接板26定位至第一天线面阵。第一固定铰链11通过第一转接板26定位至第二天线面阵。第二活动铰链18通过第二转接板27定位至第一天线面阵。第二固定铰链19通过第二转接板27定位至第二天线面阵。

第一转接板26和第二转接板27以各自的板体覆盖至少部分天线面阵1 且均相对虚拟转动轴6为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵1上。第三转接板14和第四转接板15以各自的板体覆盖至少部分天线面阵1且均相对虚拟转动轴6为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵1上。

偏心设置指的是转接板或板体重心均偏离虚拟转动轴6。

第一活动铰链10与第一固定铰链11的一端转动连接，两者间的转动方向与天线展开方向一致。第二活动铰链18与第二固定铰链19的一端转动连接，两者间的转动方向与天线展开方向一致。活动铰链与固定铰链之间均可是通过设置转轴的方式转动连接的。转轴可以是指前出轴23、输出轴9 或从动轴17。

第一活动铰链10具有沿垂直于虚拟转动轴6的方向延伸的两端。第一转接板26与输出轴9分布于第一活动铰链10在平行于虚拟转动轴6的方向上的两侧。第一活动铰链10的两端分别连接在第一转接板26和输出轴9 上。

第一转接板26上在靠近输出轴9的一端开设有至少一个缺口16。所述缺口16朝向背离第一活动铰链10的方向呈凹陷状。形成于该缺口16内的板体与第一活动铰链10间无连接关系。该缺口16与虚拟转动轴6的延伸方向有局部交集。

第二活动铰链18在其沿垂直于虚拟转动轴6的方向延伸的一端与第二固定铰链19在其沿垂直于虚拟转动轴6的方向延伸的一端通过从动轴17 彼此转动连接。从动轴17位于虚拟转动轴6的延伸方向上以使其与超声驱动组件的输出轴9同轴设置。

第一活动铰链10的一端与第一固定铰链11的一端沿第一方向并列设置，并且第一活动铰链10的一端相对于第一固定铰链11的一端更靠近天线面阵1。第二活动铰链18的一端与第二固定铰链19的一端沿第一方向并列设置，并且第二活动铰链18的一端相对于第二固定铰链19的一端更靠近天线面阵1。

主动铰链4用于安装超声驱动组件2。超声驱动组件2的固定端面7与输出端面8分别通过主动铰链4连接至不同的天线面阵1上。启动超声驱动组件2，输出轴9转动，输出端面8相对固定端面7形成的相对位置关系改变，两个天线面阵1之间形成的夹角增大或减小，驱使其展开或收拢。

超声驱动组件2的固定端面7连接在第一固定铰链11上。超声驱动组件2的输出端面8连接在第一活动铰链10上。所述固定端面7与所述输出端面8均为超声驱动组件2在超声电机12与减速器13的并列方向上的同一端。

从动铰链5用于安装编码器3。编码器3通过从动铰链5连接至不同的天线面阵1上。编码器3与超声驱动组件2分别位于天线面阵1在第一方向上的两侧。编码器3与超声驱动组件2彼此能够进行信息交互。编码器3 与超声驱动组件2可以是通过无线或有线的方式连接。本申请中提及的固定端面7与输出端面8之间的相对位置关系，可以是指基于标定的相对位置关系，两个端面中之一发生旋转而偏离标定相对位置后相对于标定相对位置而形成的相对位置，在本申请中由于输出轴9自转即使得输出端面8相对固定端面7发生旋转，使得两者偏离标定相对位置。

编码器3的机座24相对固定在第二固定铰链19上。编码器3的前出轴23以其与从动轴17同轴的方式固定连接至从动轴17的一端。编码器3 的前出轴23也可以是通过转接件与从动轴17连接。从动轴17的一端固定连接在第二活动铰链18上，其另一端活动连接在第二固定铰链19上。驱使第二活动铰链18相对第二固定铰链19转动时，前出轴23与从动轴17 一起相对底座转动。

天线面阵1的展开过程包括：将超声驱动组件2以及编码器3通电；超声电机12驱动两个天线面阵1相对转动，同时配合编码器3测量转动的角度信息；当天线面阵1被驱动至展开到位的角度位置，超声电机12断电；通过编码器3确认角度信息，若角度信息在预设误差范围内，完全断电，对天线面阵1进行稳定锁定；若角度信息超出预设误差范围，启动超声电机 12进行调整，直至编码器3确认角度信息在预设误差范围内。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.小卫星折展驱动组件，用于装设至彼此相邻的两个天线面阵(1)之间以使得经驱动组件连接的两个天线面阵(1)能够相对彼此转动，

其特征在于，所述小卫星折展驱动组件至少包括超声驱动组件(2)、编码器(3)、主动铰链(4)以及从动铰链(5)，以两个天线面阵(1)相对彼此转动的虚拟转动轴(6)的延伸方向为第一方向，其中，

超声驱动组件(2)具有固定端面(7)与输出端面(8)且其两端面分别通过主动铰链(4)连接至不同的天线面阵(1)上，以使得在启动超声驱动组件(2)的情况下，两个天线面阵(1)之间形成的夹角能够按照固定端面(7)与输出端面(8)之间的相对位置关系改变的方式增大或减小，

编码器(3)通过从动铰链(5)连接至不同的天线面阵(1)上且其与超声驱动组件(2)按照彼此分别位于天线面阵(1)在第一方向上的两侧且彼此能够进行信息交互的方式相连接。

2.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，超声驱动组件(2)至少包括具有所述输出端面(8)的输出轴(9)，输出轴(9)位于虚拟转动轴(6)的延伸方向上，以使得在通过外力作用而使得输出轴(9)自转的情况下，两个天线面阵(1)中之一能够按照朝向靠近另一天线面阵(1)的方向转动的方式与另一天线面阵(1)至少部分重叠。

3.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，主动铰链(4)至少包括分别用于与不同天线面阵(1)相对应的第一活动铰链(10)和第一固定铰链(11)，超声驱动组件(2)的固定端面(7)连接在第一固定铰链(11)上且其输出端面(8)连接在第一活动铰链(10)上，所述固定端面(7)与所述输出端面(8)均为超声驱动组件(2)的同一端。

4.根据权利要求2所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，所述超声驱动组件(2)还包括超声电机(12)以及具有所述输出轴(9)与所述固定端面(7)的减速器(13)，超声电机(12)的输出端连接在减速器(13)上。

5.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，主动铰链(4)还包括第一转接板(26)和第二转接板(27)，第一转接板(26)和第二转接板(27)以各自的板体覆盖至少部分天线面阵(1)且均相对虚拟转动轴(6)为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵(1)上。

6.根据权利要求3所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，第一活动铰链(10)具有沿垂直于虚拟转动轴(6)的方向延伸的两端且其两端分别连接在第一转接板(26)和输出轴(9)上，使得第一转接板(26)与输出轴(9)分布于第一活动铰链(10)在平行于虚拟转动轴(6)的方向上的两侧。

7.根据权利要求5所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，第一转接板(26)上在靠近输出轴(9)的一端开设有至少一个缺口(16)，所述缺口(16)朝向背离第一活动铰链(10)的方向呈凹陷状且形成于该缺口(16)内的板体与第一活动铰链(10)间无连接关系。

8.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，从动铰链(5)至少包括分别与不同天线面阵(1)对应的第二活动铰链(18)和第二固定铰链(19)，第二活动铰链(18)的一端与第二固定铰链(19)的一端通过从动轴(17)彼此转动连接且从动轴(17)位于虚拟转动轴(6)的延伸方向上以使其与超声电机(12)组件的输出轴(9)同轴设置。

9.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，编码器(3)具有机座(24)以及一端从机座(24)中延伸出来的前出轴(23)，编码器(3)按照机座(24)连接至第二固定铰链(19)上且其前出轴(23)连接至从动轴(17)的方式装配在从动铰链(5)上，从动轴(17)连接至第二活动铰链(18)上，以使得在第二活动铰链(18)相对第二固定铰链(19)转动的情况下，编码器(3)的前出轴(23)能够按照其与从动轴(17)同轴设置的方式与从动轴(17)一起相对底座转动。

10.根据权利要求1所述的小卫星折展驱动组件，其特征在于，从动铰链(5)还包括第三转接板(14)和第四转接板(15)，第三转接板(14)和第四转接板(15)以各自的板体覆盖至少部分天线面阵(1)且均相对虚拟转动轴(6)为偏心设置的方式分别设于不同天线面阵(1)上。

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