CN217598866U

CN217598866U - 一种空间柔性电池阵的展开机构

Info

Publication number: CN217598866U
Application number: CN202221966183.9U
Authority: CN
Inventors: 王滢红; 刘大利; 曹争利; 秦礼; 谢超; 房光强
Original assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2032-07-28

Abstract

本实用新型公开了一种空间柔性电池阵的展开机构，包括基座、压板、压紧释放装置、驱动装置、旋转轴和弹性应变能杆。基座和压板之间设有折叠的柔性电池阵，且柔性电池阵展开方向的两端分别与基座和压板连接。压紧释放装置分别与基座和压板连接，用于锁定基座和压板的相对位置以压紧折叠的柔性电池阵，还用于被触发后解除锁定。驱动装置固连于基座，其输出端与旋转轴连接，用于驱动旋转轴旋转。弹性应变能杆能够在侧向受力后压扁且沿长度方向卷曲。弹性应变能杆的一端与旋转轴连接，且压扁后绕设于旋转轴，另一端与压板连接。展开机构在展开时，未缠绕于旋转轴上的弹性应变能杆在自身弹性回复力作用下恢复成初始状态，用于支撑柔性电池阵。

Description

一种空间柔性电池阵的展开机构

技术领域

本实用新型属于空间电池阵展开机构技术领域，尤其涉及一种空间柔性电池阵的展开机构。

背景技术

近年来，微小卫星的发展呈井喷态势，与之相配套的太阳电池阵需求也逐渐加大。传统卫星太阳电池阵结构重量大、成本高，微小卫星由于体积重量的限制，不能携带大面积的传统刚性太阳电池阵。而柔性基板太阳电池阵特别是薄膜太阳电池阵因其质量小、发电效率高和比功率较高而成为新一代太阳电池阵的发展趋势，更适合微小卫星应用领域。

而展开机构作为太阳电池阵的附带机构，为适用于微小卫星，也需要相应减少重量和收纳体积。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空间柔性电池阵的展开机构，以解决现有技术中太阳电池阵的展开机构重量大、收纳体积大的问题。

本实用新型的技术方案为：

一种空间柔性电池阵的展开机构，包括：

基座和压板，所述基座和所述压板之间设有折叠的柔性电池阵，且所述柔性电池阵展开方向的两端分别与所述基座和所述压板连接；

压紧释放装置，分别与所述基座和所述压板连接，用于锁定所述基座和所述压板的相对位置以压紧折叠的所述柔性电池阵；所述压紧释放装置还用于被触发后解除锁定；

驱动装置和旋转轴，所述驱动装置固连于所述基座，其输出端与所述旋转轴连接，用于驱动所述旋转轴旋转；

弹性应变能杆，能够在侧向受力后压扁且沿长度方向卷曲；所述弹性应变能杆的一端与所述旋转轴连接，且所述弹性应变能杆压扁后绕设于所述旋转轴，所述弹性应变能杆的另一端与所述压板连接；

所述展开机构在展开时，所述压紧释放装置解除锁定，所述驱动装置驱动所述弹性应变能杆向所述压板一侧伸出，未缠绕于所述旋转轴上的所述弹性应变能杆在自身弹性回复力作用下恢复成初始状态，用于支撑所述柔性电池阵。

某一实施例中，所述弹性应变能杆的横截面形状为半圆形或人字形或X字型。

某一实施例中，所述基座上设有防膨胀结构，用于将缠绕于所述旋转轴最外圈的所述弹性应变能杆限制在距离所述旋转轴预设距离的范围内。

某一实施例中，所述防膨胀结构为圆柱形笼箱，所述圆柱形笼箱包括作为底面的两个笼箱连接件和组成侧面的多个间隔且平行设置的笼箱杆，所述笼箱杆分别与两个所述笼箱连接；

缠绕于所述旋转轴上的所述弹性应变能杆设于所述圆柱形笼箱内，所述弹性应变能杆与所述压板连接的一端从两个所述笼箱杆之间伸出所述圆柱形笼箱。

某一实施例中，还包括行程传感器，用于所述弹性应变能杆伸出指定长度后输出停止信号，使所述驱动装置停止驱动。

某一实施例中，所述旋转轴上连接有拨块，所述拨块跟随所述旋转轴转动，所述拨块用于所述旋转轴每旋转一周完成一次对所述行程传感器的触点动作；

所述展开机构的控制器记录所述触点动作的次数，并达到指定次数后控制所述驱动装置停止驱动。

某一实施例中，所述基座上设有导向装置，用于对所述弹性应变能杆的伸出方向进行导向。

某一实施例中，所述基座和所述压板配合形成收藏箱，所述压紧释放装置锁定时折叠的所述柔性电池阵容置于所述收藏箱内。

某一实施例中，所述压紧释放装置为形状记忆合金制成的螺栓，所述螺栓在所述基座和所述压板之间的部分上具有切口；所述螺栓通电热膨胀后从所述切口处断裂。

某一实施例中，还包括张拉装置，分别与所述基座和所述压板连接，用于所述展开机构展开到位后给所述柔性电池阵施加张紧力。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本实用新型提供的空间柔性电池阵的展开机构，弹性应变能杆在自由状态下，具有一定的刚度，能够作为支撑结构，在本实用新型中作为柔性电池阵展开后的支撑结构；而当在弹性应变能杆的两侧施加压力时，截面叠合成易被弯曲的矩形薄层或者摊开成单层矩形薄层，此时可以将其弯曲贴合卷绕在旋转轴上实现收拢。

本实用新型采用弹性应变能杆作为柔性电池阵展开后的支撑结构，相比于现有技术中的桁架类支撑结构等，展开机构的重量得到较大的减小。且柔性电池阵未展开时，弹性应变能杆缠绕在旋转轴上，整体收纳体积小。因此，本实用新型解决了解决现有技术中太阳电池阵的展开机构重量大、收纳体积大的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的一种空间柔性电池阵的展开机构的收拢状态轴侧示意图；

图2为本实用新型的一种空间柔性电池阵的展开机构的展开状态俯视示意图；

图3为本实用新型的一种弹性应变能杆的收拢状态侧视示意图；

图4为本实用新型的一种空间柔性电池阵的展开机构的展开状态俯视示意图。

附图标记说明：

1：基座；2：支架；3：电机；4：弹性应变能杆；5：圆柱形笼箱；6：压紧释放装置；7：柔性电池阵；8：行程传感器；9：张拉装置；10：导向装置；11：端杆；12：芯轴滚筒。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

参看图1至图4，本实施例提供一种空间柔性电池阵的展开机构，包括基座1、压板、压紧释放装置6、驱动装置、旋转轴和弹性应变能杆4。基座1和压板之间设有折叠的柔性电池阵7，且柔性电池阵7展开方向的两端分别与基座1和压板连接。压紧释放装置6分别与基座1和压板连接，用于锁定基座1和压板的相对位置以压紧折叠的柔性电池阵7；压紧释放装置6还用于被触发后解除锁定。驱动装置固连于基座1，其输出端与旋转轴连接，用于驱动旋转轴旋转。

弹性应变能杆4能够在侧向受力后压扁且沿长度方向卷曲。弹性应变能杆4的一端与旋转轴连接，且弹性应变能杆4压扁后绕设于旋转轴，弹性应变能杆4的另一端与压板连接。

展开机构在展开时，压紧释放装置6解除锁定，驱动装置驱动弹性应变能杆4向压板一侧伸出，未缠绕于旋转轴上的弹性应变能杆4在自身弹性回复力作用下恢复成初始状态，用于支撑柔性电池阵7。

现对本实施例的结构进行说明。

弹性应变能杆4的截面形状可以是豆荚形、半圆形、人字形、X形等，材料可以是弹簧钢、铍青铜、不锈钢、碳纤维复合材料、形状记忆合金等。当在弹性应变能杆4两侧施加压力时，截面叠合成易被弯曲的矩形薄层或者摊开成单层矩形薄层，此时可以将其弯曲贴合卷绕在芯轴滚筒12上实现收拢；当弹性应变能杆4向外伸出后，在自身弹性回复力的作用下恢复成初始形状截面，成为具有一定刚度的支撑结构，用于支撑柔性电池阵7。

收拢状态时，弹性应变能杆4的一端连接在旋转轴上，具体在本实施例中可通过螺钉连接，在其他实施例中可通过其他方式进行连接，例如焊接连接等，此处不做限制。然后，弹性应变能杆4压扁卷绕在旋转轴上。

在基座1上可设置防膨胀结构，用于将缠绕于旋转轴最外圈的弹性应变能杆4限制在距离旋转轴预设距离的范围内，即对旋转轴上最外圈的弹性应变能杆4进行约束。具体在本实施例中，防膨胀结构可以是圆柱形笼箱5，圆柱形笼箱5包括作为底面的两个笼箱连接件和组成侧面的多个间隔且平行设置的笼箱杆，笼箱杆分别与两个笼箱连接，类似鸟笼子。缠绕于旋转轴上的弹性应变能杆4设于圆柱形笼箱5内，弹性应变能杆4与压板连接的一端从两个笼箱杆之间伸出圆柱形笼箱5。为减小弹性应变能杆4在随旋转轴旋转过程中和笼箱杆之间的摩擦力，可将笼箱杆设置成和笼箱连接件转动连接，将滑动摩擦改为滚动摩擦，从而减小摩擦力。

在其他实施例中，防膨胀结构还可以有其他结构，例如：笼箱杆可沿着旋转轴的径向相对笼箱连接件滑动，在笼箱连接件靠近旋转轴位置处和笼箱杆之间设置拉簧，使得笼箱杆始终压紧在弹性应变能杆4的最外圈等；防膨胀结构的具体结构不做限制。

由于弹性应变能杆4只是缠绕在旋转轴上，当驱动装置驱动旋转轴旋转使得弹性应变能杆4向压板方向伸出时，弹性应变能杆4的伸出方向可能会偏离预设方向。因此，本实施例在基座1上设置导向装置10，用于对弹性应变能杆4的伸出方向进行导向。具体可以是一个类似U型槽的结构倒扣于基座1上，和基座1组成一个供弹性应变能杆4伸出的通道，该通道限制了弹性应变能杆4只能沿预设方向伸出。当然在其他实施例中，导向装置10可采用其他结构，例如设置在基座1上的两个相对设置的折板等，此处不做限制。

本实施例在展开过程中，驱动装置驱动旋转轴旋转，弹性应变能杆4沿着导向装置10一维伸出，弹性应变能杆4的另一端和压板连接，而压板和柔性电池阵7连接，因此带动Z形折叠状态的柔性电池阵7一维展开。

在本实施例中的柔性电池阵7，其展开方向上的一侧与基座1连接，另一侧与压板连接；柔性电池阵7的基底为柔性薄膜材料，而电池片可以是刚性或者柔性电池片。

在本实施例中，基座1和压板配合形成收藏箱，压紧释放装置6锁定时折叠的柔性电池阵7容置于收藏箱内；柔性电池阵7连接压板一侧，可设置如图2所示的端杆11，由端杆11连接压板。在基座1上可连接支架2，驱动装置可采用电机3，固连在支架2上，圆柱形笼箱5也连接在支架2上，旋转轴可通过轴承等方式转动连接在支架2上。旋转轴可以是一个芯轴滚筒12，如图3所示，方便弹性应变能杆4缠绕的同时，减小重量。

为判断柔性电池阵7何时展开到位，在本实施例展开机构上设置行程传感器8。行程传感器8用于弹性应变能杆4伸出指定长度后输出停止信号，使驱动装置停止驱动。具体，行程传感器8可以安装在支架2上，在旋转轴上连接拨块，拨块跟随旋转轴转动，旋转轴每旋转一周拨块完成一次对行程开关的触点动作，然后通过展开机构的控制器记录触点动作次数实现电路的切换，等效为芯轴转动圈数；当转动达到预设圈数即触点动作达到指定次数，控制器判断展开到位，关闭电机3。当然在其他实施例中，行程传感器8也可以采用行程开光、光电编码盘等转角传感器、或者非接触式激光传感器等位移传感器等。

压紧释放装置6可采用形状记忆合金制成的螺栓，螺栓在基座1和压板之间的部分上具有切口，螺栓通电热膨胀后从切口处断裂；也可以采用熔断式压紧释放机构等微小型压紧释放装置6，此处不做限制。

本实施例的展开机构还可以设置张拉装置9。张拉装置9分别与基座1和压板(或端杆11)连接，用于展开机构展开到位后给柔性电池阵7施加张紧力，增加结构强度。具体，张拉装置9可以是恒力弹簧、涡卷弹簧卷簧装置、形状记忆可收缩结构等。

其中，弹性应变能杆4的数量可以是一根，分布在电池阵的中轴线上；也可以是2根，并排分布于柔性电池阵7两侧；又或者是三根即以上，并排分布于柔性电池阵7。

本实施例提供的空间柔性电池阵的展开机构，在接收到展开指令后，压紧释放装置6解锁，(基座1和压板组成的)收藏箱打开，电机3驱动弹性应变能杆4及压板向外伸展，带动收藏箱内Z形折叠状态的柔性电池阵7一维展开，行程传感器8判断展开到位后，张拉装置9将阵面张紧。

本实施例结构简单、展收比高、展开冲击小。通过将柔性电池阵7与主要由轻质的弹性应变能杆4起支撑作用的本实施例展开机构结合，形成收纳体积小、重量轻、发射在轨展开后面积大的太阳电池阵。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims

1.一种空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述弹性应变能杆的横截面形状为半圆形或人字形或X字型。

3.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述基座上设有防膨胀结构，用于将缠绕于所述旋转轴最外圈的所述弹性应变能杆限制在距离所述旋转轴预设距离的范围内。

4.根据权利要求3所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述防膨胀结构为圆柱形笼箱，所述圆柱形笼箱包括作为底面的两个笼箱连接件和组成侧面的多个间隔且平行设置的笼箱杆，所述笼箱杆分别与两个所述笼箱连接；

5.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，还包括行程传感器，用于所述弹性应变能杆伸出指定长度后输出停止信号，使所述驱动装置停止驱动。

6.根据权利要求5所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述旋转轴上连接有拨块，所述拨块跟随所述旋转轴转动，所述拨块用于所述旋转轴每旋转一周完成一次对所述行程传感器的触点动作；

7.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述基座上设有导向装置，用于对所述弹性应变能杆的伸出方向进行导向。

8.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述基座和所述压板配合形成收藏箱，所述压紧释放装置锁定时折叠的所述柔性电池阵容置于所述收藏箱内。

9.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，所述压紧释放装置为形状记忆合金制成的螺栓，所述螺栓在所述基座和所述压板之间的部分上具有切口；所述螺栓通电热膨胀后从所述切口处断裂。

10.根据权利要求1所述的空间柔性电池阵的展开机构，其特征在于，还包括张拉装置，分别与所述基座和所述压板连接，用于所述展开机构展开到位后给所述柔性电池阵施加张紧力。