JP2009262791A

JP2009262791A - 太陽電池ブランケットおよびそれを用いた太陽電池パドル

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Publication number: JP2009262791A
Application number: JP2008115581A
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Inventors: Tadashi Hisamatsu; 正久松
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Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-04-25
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Abstract

【課題】軽量で折り曲げ自由度が高く、宇宙空間において展開可能な太陽電池ブランケットと、そのような太陽電池ブランケットと伸展機構を備えた太陽電池パドルを提供する。
【解決手段】太陽電池ブランケット２は、菱形を基本構造とする平面伸展機構にその一部が取り付けられ、その伸縮動作に応じて略二等辺三角形状に折り畳まれる。また、この太陽電池ブランケット２の太陽電池セルは、太陽電池ブランケットの折り目に対して略対称に配置されるとともに、その配置を一つの単位として太陽電池ブランケットの全体が構成される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、太陽電池ブランケットおよびそれを用いた太陽電池パドルに関し、特に、人工衛星に搭載される軽量でフレキシブルな太陽電池ブランケットと、そのような太陽電池ブランケットを適用した太陽電池パドルに関するものである。

現在、静止軌道上あるいは低高度周回軌道上で運用されている人工衛星の電源には、複数の太陽電池アレーを蝶番で接続した太陽電池パドルが一般に用いられている。太陽電池アレーのそれぞれには、並直列に接続された多数の太陽電池セルが配設されている。太陽電池パドルは、通常、折り畳んだ状態で衛星に搭載され、宇宙空間で所望の形状に展開される。太陽電池パドルは、表面と裏面の両面にＣＦＲＰ(Carbon Fiber Resin Polymer)が貼り付けられた厚さ数ｍｍ以上のアルミニウムまたはカーボン・ファイバー製のハニカム構造とされる。太陽電池セルは、その片面に絶縁物を介在させて配設（レイ・ダウン）されている。

このようなデザインは、太陽電池パドルの展開を行う三軸衛星が出現した１９７０年代から採用されている。一方、人工衛星自身には、１９９０年代から大型化、大電力化が要求されて、必要電力は数ｋＷから１０ｋＷのオーダーへ上昇し、また、バス電圧も５０Ｖから１００Ｖへと上昇したため、太陽電池パドルも大型化せざるを得なくなった。

たとえば、日本のＪＡＸＡ(宇宙航空研究開発機構)が２００６年に打ち上げた陸域観測技術衛星ＡＬＯＳは、当時、静止軌道上の最も大きい衛星と言われたが、この陸域観測技術衛星では、約３ｍ×２８ｍの太陽電池パドル(一翼)が搭載されている。この太陽電池パドルでは、発生電力が初期約７ｋＷ、全体の質量が２１５ｋｇであり、単位重量当りの発生電力は約３０Ｗ/ｋｇとされている（非特許文献１）。

このような大型の太陽電池パドルを搭載した人工衛星では、その打ち上げや、宇宙空間における姿勢制御に要するコストが高いため、太陽電池パドルの軽量化の検討が従来から進められてきた。近年では、さらにロケットのフェアリング寸法の制限などから、太陽電池パドルの効率的な収納性の検討の必要性も高まってきた。たとえば、ＪＡＸＡは１００Ｗ/ｋｇを当面の開発目標としており、米国空軍は２５０〜５００Ｗ/ｋｇ以上を目標にしている（非特許文献２）。

このような要請に応えるための技術のひとつに軽量フレキシブルパドルがある。我が国では、ＮＡＳＤＡ(宇宙開発事業団)の地球観測衛星ＡＤＥＯＳ、米国ＮＡＳＡの地球観測衛星ＴＥＲＲＡ、空軍の軍事通信衛星ＭＩＬＳＴＡＲ、欧州宇宙局ＥＳＡのヨーロッパ・リモートセンシング衛星ＥＲＳなどで試みられている。

ＡＤＥＯＳでは、銅ハーネスをポリイミドフィルムで挟み込んだサブストレート(厚さ１２５μｍ)が採用されている。このサブストレートの上にポリイミドを介在させて薄型シリコン太陽電池が貼り付けられた太陽電池アレーを複数備えた太陽電池パドルが、宇宙空間においてアコーディオン状に展開される。図２６に太陽電池パドル１０２を展開したＡＤＥＯＳの外観を示し、図２７に太陽電池パドル１０２を展開する一連の様子を示す。

また、フレキシブルパドルの伸展マストに、膨張可能な構造や形状記憶合金を利用した機構を用いる試みもなされている。図２８に、米国Ｌ‘Ｇｒａｄｅ社が開発しているＩＴＳＡＴ（Inflatable Totus Solar Array Technology Demonstration）で使われているフレキシブルパドル（アレー）１０３とその展開構造を示す。このフレキシブルパドル１０３では、折りたたまれたチューブに圧縮窒素ガスを導入し、チューブを膨らませることによって伸張させる構造が採用されている。チューブを伸張させる際に、折りたたんだ状態で取り付けられている太陽電池アレーが展開されることになる。

また、ニッケル・チタンを素材とする形状記憶合金でチューブを作り、所定の温度に達すると可逆的に太陽電池アレーを展開させる機構も検討されている。また、折りたたんだ比較的小面積の太陽電池アレーを二次元的に展開する機構が、たとえば、特許文献１および特許文献２に提案されている。図２９に、特許文献１の太陽電池アレー１０４の一連の展開の様子を示し、図３０に、特許文献２の太陽電池アレー１０５の展開の様子を示す。
特開平７−２２３５９７公報特開２０００−２８０９９７公報岐部公一："宇宙用電源サブシステムの研究開発"，宇宙航空研究開発機構第2回総合技術研究本部公開研究発表会，平成１６年１２月１日. P.E. Hausgen et al., "AFRL Thin-Film Photovoltaics DSX and Roadrunner Flight Experiments", Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 614 (2005)

しかしながら、従来の太陽電池パドルでは、次のような問題点があった。上述したフレキシブルパドルでは、基本的に、Ｓｉ太陽電池、ＧａＡｓ太陽電池、または、Ｇｅウエーハ上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体太陽電池など、結晶系のリジッドな材料からなる太陽電池セルを使用することが前提とされる。

そのため、「折りたたんだ複数のリジッドな小平面を展開する」という概念から脱し切れず、そのフレキシブル性は限られたものであった。これでは、上述した太陽電池パドルの軽量化や効率的な収納性の要請に充分に応えることに限界があり、将来の宇宙空間における多様な電力要求に対応できる新たな太陽電池パドルの開発が望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、軽量で折り曲げ自由度が高く、宇宙空間において展開可能な太陽電池ブランケットを提供することであり、他の目的は、そのような太陽電池ブランケットと、この太陽電池ブランケットの特徴を生かすことのできるより単純な構造の平面伸展機構を備えた太陽電池パドルとを提供することである。

本発明に係る太陽電池ブランケットは、菱形を基本構造とする伸展機構に取り付けられて伸展される太陽電池ブランケットであって、ブランケット本体と複数の太陽電池セルとを備えている。ブランケット本体は、伸展動作に伴って変形する菱形に対応した所定の折り目を有し、二等辺三角形状に折りたたまれた状態から伸展される。複数の太陽電池セルは、そのブランケット本体に配設されている。

この構成によれば、ブランケット本体が、伸展動作に伴って変形する菱形に対応する所定の折り目を有し、二等辺三角形状に折りたたまれた状態から伸展される。これにより、従来のリジッドな太陽電池ブランケットと比べると軽量化を図ることができるとともに、伸展機構の伸展動作に応じて太陽電池ブランケットを宇宙空間において容易に伸展させることができる。また、人工衛星を搭載したロケットへの収納性も高めることができる。

また、太陽電池ブランケットを谷折りあるいは山折りして容易に伸展させるとともに収納性を高めるために、ブランケット本体と太陽電池セルは、所定の折り目に対して略対称に配置されていることが好ましい。

ブランケット本体の折り曲げを容易にするには、折り目の部分の比重は、太陽電池セルが配設された部分の比重よりも小さいことが好ましい。また、太陽電池セルは折り目を避けて配設されることが好ましい。

折りたたみ可能とされる太陽電池ブランケットでは、ブランケット本体は、伸展機構における所定の梁に沿って固定される固定部分を含み、その固定部分と折り目との間に位置するブランケット本体の領域を基本単位領域とし、その基本単位領域では、所定数の太陽電池セルが直並列に接続されることが好ましい。

また、この場合には、ブランケット本体は基本単位領域が連続的に繋がる態様で構成されていることが好ましい。あるいは、ブランケット本体は、一つの基本単位領域からなる領域と、複数の基本単位領域からなる領域とを含んでいてもよい。

さらには、ブランケット本体は、互いに隣接する基本単位領域同士がファスナーまたは面ファスナーによって接続された部分を含んでいてもよい。この場合には、不具合が発生した場合に、その不具合が発生した基本単位領域の太陽電池ブランケットだけを容易に交換等することができる。

本発明に係る他の太陽電池ブランケットは、折りたたんだ状態で宇宙機に搭載され、別途形成される曲面状構造体に宇宙空間において取り付けられる太陽電池ブランケットであって、ブランケット本体と太陽電池セルとを備えている。ブランケット本体は、曲面状構造体に対応した所定の折り目を有している。太陽電池セルは、その折り目に対して対称にブランケット本体に配設されている。

この構成によれば、ブランケット本体が、曲面状構造体に対応した所定の折り目を有している。これにより、従来のリジッドな太陽電池ブランケットと比べると軽量化を図ることができるとともに、宇宙空間の曲面状構造体の構造に応じて太陽電池ブランケットを容易に伸展させてこれに取り付けることができる。また、人工衛星を搭載したロケットへの収納性も高めることができる。

折りたたみ可能とされる太陽電池ブランケットでは、ブランケット本体は、曲面状構造体における所定の梁に沿って固定される固定部分を含み、その固定部分と折り目との間に位置するブランケット本体の領域を基本単位領域とし、その基本単位領域では、所定数の太陽電池セルが直並列に接続されることが好ましい。

さらには、ブランケット本体は、互いに隣接する基本単位領域同士がファスナーまたは面ファスナーによって接続された部分を含み、取替え可能にしてもよい。この場合には、不具合が発生した場合に、その不具合が発生した基本単位領域の太陽電池ブランケットだけを容易に交換等することができる。

本発明に係る太陽電池パドルは、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池ブランケットを、菱形を基本構造とする伸展機構に取り付けた太陽電池パドルであって、伸展機構における、太陽電池ブランケットが固定される所定の梁には、集電バスおよび電極ポートの少なくともいずれかが設けられている。

この構成によれば、従来のリジッドな太陽電池パドルと比べると軽量化を図ることができるとともに、伸展機構の伸展動作に応じて太陽電池パドルを宇宙空間において容易に伸展させることができる。また、人工衛星を搭載したロケットへの収納性も高めることができる。

具体的に、電極ポートとしては、互いに電気的に絶縁された正電極および負電極の少なくとも一方の電極ポートを含むことが好ましい。

本発明に係る他の太陽電池パドルは、略平板型の太陽電池パドルであり、請求項９〜１５のいずれかに記載の太陽電池ブランケットを、折りたたんだ状態から宇宙空間において展開し、伸展機構の伸展する面に対して垂直な力を伸展機構に加えることによって所定の三次元形状に形成されるか、または、別途形成する曲面状構造体に沿わせて配置される。

この構造によれば、従来のリジッドな太陽電池パドルと比べると軽量化を図ることができるとともに、別途形成される曲面状構造体の構造に応じて宇宙空間において太陽電池パドルを容易に伸展させてこれに取り付けることができる。また、太陽電池パドルそのものを所望の曲面構造として形成することができる。さらには、人工衛星を搭載したロケットへの収納性も高めることができる。

はじめに、太陽電池ブランケットと太陽電池パドルの概要について説明する。まず、太陽電池ブランケットでは、太陽電池セルとして、宇宙用高効率超薄型太陽電池セルを適用することが前提とされる。その太陽電池セルの一例に、発明者らのグループで開発されている超薄型化合物半導体多接合太陽電池セルがある。そして、太陽電池パドルでは、その太陽電池ブランケットを展開して支持するための二次元平面伸展機構の採用が前提とされる。

（太陽電池ブランケットの概要）
太陽電池ブランケットに適用する超薄型化合物半導体多接合型の太陽電池セルは、たとえば、文献（Proceedings of 4th World Conference of Photovoltaic Energy Conversion, 2006, p.1769-1772）に技術開示されている。この太陽電池セルでは、光電変換する波長の範囲が異なる２種類の太陽電池(ＧａＩｎＰ太陽電池とＧａＡｓ太陽電池)をモノリシックに積層した多接合太陽電池構造が採用されている。光電変換に寄与する厚さ約１〜３μｍの活性層だけを基板から剥離させた後、その活性層を、たとえば、厚さ約２５μｍのＰＥＮ(Polyethylene Naphthalate)のような可撓性を有する高分子樹脂フィルムに挟み込むことで、超薄型の太陽電池セルとされる。

現在、セルサイズ：約４×７ｃｍ²、変換効率：約１９％(ＡＭ０，２５℃)、セル単体における単位重量当りの出力：約４５０Ｗ／ｋｇの性能を有し、曲率約５ｍｍまで曲げることが可能なフレキシブル性を有する太陽電池セルが開発されつつある。

この太陽電池セルを複数用意し、たとえば、厚さ約５０μｍ、幅３ｍｍの銀製インターコネクタを用いて並直列に接続して所定のフィルム上に配設することで、極めて高いフレキシビリティを有する太陽電池アレーを製造することができる。本明細書では、この太陽電池アレーを軽量フレキシブル太陽電池ブランケット（あるいは、単に、太陽電池ブランケット）と称する。現状では、上記の軽量フレキシブル太陽電池ブランケットのような高い単位重量あたりの出力とフレキシビリティを有する太陽電池アレーは見当たらない。

この太陽電池ブランケットを構成する太陽電池セルと周辺部材の配置構造は、ある一定の領域内で一つの単位をなし、この基本単位の連続として太陽電池ブランケットの全体が構成される。太陽電池ブランケットとしての最終的な形状は、この基本単位が連続した一枚物であってもよいし、また、一つの基本単位と複数の基本単位とを接続した一枚物を接続したものであってもよい。さらには、複数の基本単位を接続した一枚物同士の接続であってもよい。

これは、たとえば、人工衛星の組み立て時に太陽電池アレーの一部に損傷が生じた場合に、上述したような基本単位の連続体であれば、不具合の生じた部分を含む基本単位だけを交換することで修理が可能となるからであり、また、将来的には、宇宙飛行士の船外活動によって、たとえば、スペースデブリス等によって破損した太陽電池ブランケットの破損部分だけを交換することも可能となるからである。この目的のために、各基本単位、または、一部の基本単位は、容易に取替え可能なファスナー、または、面ファスナーによって接続される構造を有していてもよい。この具体的な構造については後述する。

（太陽電池パドルの概要）
次に、太陽電池ブランケットを展開支持する骨組みとなる伸展機構について、略平板型の二次元平面伸展機構を例に挙げて説明する。二次元平面伸展機構の基本構造を図１に示す。本機構の基本構造は、直線状の素材からなる四辺の端（点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を回動自在に接続した菱形平面構造体である。この基本構造体１ａは、単純なものとして、たとえば、パンタグラフ、マニピュレータ、あるいは、マジックハンドに採用されている。なお、マニピュレータとは、離れた場所から操作できる手作業の代行装置である。また、マジックハンドは、左右に伸縮する扉などに使われている。

図１に示すように、基本構造体１ａ（菱形ＡＢＣＤ）の四端には、回動自在な接続部が設けられている。ここで、点Ｃの接続部を水平線上に固定し、その点Ｃの近傍に点Ａが位置している状態から点Ａを任意の方向に移動させると、すなわち、菱形ＡＢＣＤの対角線ＡＣを延長させると、図２に示すように、菱形ＡＢＣＤの面積が増加する。さらに、点Ａを移動させると、図３に示すように、菱形ＡＢＣＤの面積は減少し、そして、対角線ＡＣの長さが、菱形の一辺の長さのほぼ２倍になるまで点Ａを移動させることができる。

この基本構造体１ａを複数組み合わせることにより種々の形状に伸展することができる。たとえば、図４に示すように、点Ｅを仮想の点Ｆから遠ざけることで、辺ＪＩが辺ＧＨに対してほぼ平行に移動して、矩形状（斜線部分）に伸展させることができる。また、基本構造の直線状の素材の長さを変えて、点Ｅを仮想の点Ｆから遠ざけることで、たとえば、図５に示すように、台形状（斜線部分）に伸展させたり、あるいは、図６に示すような複数の台形と矩形を合わせた形状（斜線部分）に伸展させることができる。なお、仮想の点Ｆを固定した状態で点Ｅを移動させてもよいし、辺ＧＨを固定した状態で点Ｅを辺ＧＨと略直交する方向に移動させてもよい。

また、この伸展機構は基本的に二次元であるので、図７に示すように、伸展後に伸展面に略垂直な方向の力を加えることで三次元の曲面構造を形成することができる。本太陽電池パドルでは、このような曲面構造が無理なく実現されるように、伸展機構１の骨組み（梁）は、略平板状の断面形状を有するフレキシブルな素材によって形成される。これにより、宇宙空間において、テザーと称される複数のひもで伸展機構を牽引して、円筒形の曲面構造体に沿わせて設置することも可能となる。また、伸展機構を組み合わせて、それ自身で自立した曲面構造体を形成することも可能となる。

本太陽電池パドルは、従来のアコーディオン状に折り畳んだ小平面を展開する太陽電池パドルと比較すると極めてシンプルな構造である。このような構造が可能となるのは、本太陽電池パドルが、上述した太陽電池ブランケットの搭載を前提としているからである。

ところで、伸展機構を伸展させた構造と似た構造にトラス構造体がある。トラス構造とは、直線的な部材で三角形を構成する骨組み構造で、外力に対する抵抗力が高く、形が崩れにくい特徴を有しており、たとえば、住宅の屋根や鉄橋にも用いられている。

このようなトラス構造を宇宙空間において展開可能な構造体へ応用した技術は、たとえば、文献（特開昭６３−２８００００号公報）や文献（特開平５−２７０４９９号公報）などに提案されている。ところが、これらの構造体は三角形を構成することを基本としている点、三次元展開してリジッドな構造を作ることを意図する点などが本太陽電池パドルの伸展機構と異なっている。

本太陽電池パドルは、基本的に、上述した太陽電池ブランケットをこの二次元平面伸展機構に取り付けたものであり、したがって、太陽電池ブランケットの折り畳み方や太陽電池ブランケットの一部を梁に取り付ける方法についても提供する。以下、太陽電池ブランケットと太陽電池パドルについて具体的に説明する。

実施の形態１
ここでは、伸展機構および太陽電池ブランケットと、これらを用いた平面型の太陽電池パドルの一例について説明する。まず、伸展機構の骨組みを図８に示す。図８に示すように、伸展機構１は梁３，４からなり、梁３と梁４とはそれぞれの中央部において接続部５，５ａによって回動自在に接続されている。伸展機構１の伸展収縮動作は、伸縮可能なロッド（図示せず）を伸縮させることによって、点Ｅを点Ｆから遠ざけたり、近づけたりすることによって行われる。この伸縮可能なロッドとしては、別機構による駆動系以外に、たとえば、膨張可能な機構や形状記憶合金を用いることもできる。伸展機構１を縮めた状態を図９に示す。

次に、太陽電池ブランケットを伸展させた状態を図１０に示す。図１０に示すように、太陽電池ブランケット２（ブランケット本体２ａ）には、伸展機構１（図８参照）の伸縮動作に応じて、山折りされる部分８と谷折りされる部分９とが設けられている。太陽電池ブランケット２は、伸展機構１の梁３のうち梁３ａと接続部５ａに取り付けられることになる。

その取り付け方法の一例について説明する。図１１に示すように、梁３の長手方向中央の接続部５ａには金属製のピン３３が設けられている。このピン３３は、太陽電池ブランケット２の取り付けに必要なときだけ、バネの弾性力によって梁３から突出させることができ、ピン３３にはネジ切りが施されている。一方、そのピン３３が挿通される、太陽電池ブランケット２に設けられた穴には、金属製の平型リング３４が嵌め込まれている。ピン３３を平型リング３４に嵌め込んだ後、上方から接続キャップ３５を被せる。接続キャップ３５の内周面にもネジ切りが施されており、接続キャップ３５を回すことによって、太陽電池ブランケット２が梁３に固定される。

また、太陽電池ブランケット２を梁３ａの面（上面）の全体に固定するには、このような接続部５ａを複数設けるようにしてもよい。また、梁３と接触する太陽電池ブランケット２の面の部分３８に適当な接着樹脂を塗布することによって、太陽電池ブランケット２を梁３に固定するようにしてもよい。

次に、太陽電池ブランケット２の折りたたみ方について説明する。図１０に示すように、太陽電池ブランケット２には、谷折りされる部分９と山折りされる部分８とが設けられている。これらの部分は、伸展機構１を縮めることによって、それぞれ谷折りおよび山折りされて、図１２に示すように、太陽電池ブランケット２が略二等辺三角形状に折りたたまれることになる。宇宙空間では、太陽電池パドル（ブランケット）は、この二等辺三角形状に折りたたまれた状態から伸展されることになる。なお、同図では、伸展機構は簡略化のために示されていない。

次に、伸展機構１のより具体的な構造について説明する。図１３に示すように、伸展機構の梁３，４として、略薄板状のものの他に、たとえば、図１４に示すように、中空で厚みが比較的薄い四角柱状の梁３，４でもよい。梁３，４を中空とすることで、太陽電池ブランケット２の支持や取り付け等をしやすくすることができ、また、梁３，４の中空部分にケーブル等を収納することができる。

このような中空の梁にケーブルを配設した一例として、図１５に、梁３ａの中空部分に、集電バスの一部である正負２本のケーブル３６ａ，３６ｂを配設した場合を示す。図１５に示すように、負のケーブル３６ｂは２本のピン３３に接続されている。正のケーブル３６ａは、これを迂回して別のポート(図示せず)に接続されている。この２本のピン３３に平型リング３４を挿通させ、接続キャップ３５にて太陽電池ブランケット２を固定することで（図１１参照）、ピン３３が集電バスへの電気的な接続ポートとして機能させることができる。

また、図１６に示すように、太陽電池ブランケット２の取り付けや電気的な接続等に必要な部分３ｂ、４ｂの幅を他の部分の幅よりも広く設定してもよい。この幅が広くなった部分３ｂ、４ｂに、たとえば、太陽電池ブランケット２から供給される発生電力を集める集電バスを配置させることができる。この場合、ある特定の梁には正の極性のポートを設置し、他の梁には負の極性のポートを設置することも可能である。また、一本の梁に絶縁部材を介在させて、正の極性のポートと負の極性のポートとの双方のポートを形成することも可能である。

次に、太陽電池ブランケットと梁とのより具体的な接続について具体的に説明する。太陽電池ブランケット２を梁３，４へ機械的に、かつ、電気的に容易に接続させるために、ピン、穴、差込等の構造を設けることが好ましい。図１７に、１本の梁３ａに２つの太陽電池ブランケット２を固定した場合を示す。前述したように、各太陽電池ブランケット２は、ピン３３を平型リング３４に嵌め込んだ後、接続キャップ３５を装着させることにより、梁３ａに固定される。

次に、太陽電池ブランケットの基本単位（領域）について説明する。太陽電池ブランケットの基本単位の一例を図１８に示す。この太陽電池ブランケットの基本単位１０は、谷折りされる部分９の中央を中心として略点対称に位置する２つの三角形状の太陽電池ブランケット１１，１２からなる。また、太陽電池ブランケット１１，１２のそれぞれは、山折りされる部分８に対して略線対称に位置する２つの太陽電池ブランケットの部分からなる。

太陽電池ブランケットでは、ブランケット本体に太陽電池セルが配設される。直並列に接続される太陽電池セルは、山折りされる部分８に対して略対称に配置される。これは、太陽電池セルを略対称に配設することによって、太陽電池セルを配置した領域ごとの重量バランスによって比較的比重が小さい境界（折り目）部分を、太陽電池ブランケット２を展開する際に山折り谷折りのラインとして機能させるためである。

太陽電池ブランケット２の端１３，１４は、上述した手法により梁に機械的に固定することができる。このとき、あらかじめ梁に設けたポートを利用して電気的な接続も同時に行うことができる。また、複数の太陽電池ブランケットの基本単位１０を、たとえば、ファスナーや面ファスナー等によってあらかじめ接続した後に、これを梁に固定し、そして、所望の梁のみ電気的な接続を施すようにしてもよい。

図１８に示される太陽電池ブランケットの基本単位１０に、太陽電池セルを配設した一例を図１９に示す。図１９に示すように、谷折りされる部分９を境として、太陽電池セル１５による一直列二並列の太陽電池ストリングが形成され、一方の端子（プラス端子）が太陽電池ブランケットの端１３に形成され、他方の端子（マイナス端子）が太陽電池ブランケットの端１４に形成されている。そして、太陽電池ブランケットの端１３，１４が取り付けられる梁に正のポートと負のポートをそれぞれ設けることで、これらの端子を集電バス（図示せず）と電気的に接続することができる。

また、山折りされる部分８と谷折りされる部分９に対して、太陽電池セルとインターコネクタを略対称（線対称、点対称）に配設させることで、山折りされる部分８と谷折りされる部分９では、太陽電池セルが配設されている領域に比べてその比重を小さくすることができ、太陽電池ブランケットを折りたたむ際に、山折りされる部分８と谷折りされる部分９を折り目として確実に機能させて、容易に折りたたむことができる。

また、折り目として機能させるには、山折りされる部分８と谷折りされる部分９には太陽電池セルを配設しないこと、そして、インターコネクタが山折りされる部分８や谷折りされる部分９を跨ぐ箇所をできるだけ少なくすることが好ましい。さらに、山折りされる部分８や谷折りされる部分９を跨ぐインターコネクタについては、たとえば、特定の不純物を添加した高剛性の銀や銅の素材を用いることがより好ましい。

次に、太陽電池ブランケットの基本単位（領域）間の接続について説明する。太陽電池ブランケットの各基本単位あるいは一部の基本単位は、ファスナーまたは面ファスナーを用いて接続することが好ましい。ファスナーによる太陽電池ブランケットの接続の一例を図２０に示す。まず、電気的な接続は、太陽電池ブランケット２の下方の必要箇所に設けられたコネクター２４の嵌め込み式金具２５を嵌め込むことで行われる。コネクター２４には、太陽電池回路から延長されたインターコネクタ２３が接続されている。このインターコネクタ２３は、接着剤２７によって太陽電池ブランケット２の所定の部分に固定されている。

一方、機械的な接続は、太陽電池ブランケット２に設けられた接続具２１のファスナー２２をかみ合わせることによって行われる。こうして、ファスナーによって接続された太陽電池ブランケット２を図２１に示す。また、接続具２１の一部を金属製にすることによって電気的な接続と、機械的な接続を同時に行うようにしてもよい。なお、同図では、コネクタは簡略化のために示されていない。

また、面ファスナーによる太陽電池ブランケットの接続の一例を図２２に示す。太陽電池ブランケット２の接続具２１の表面と、テープ部材２６の裏面には、互いにかみ合う細かい凹凸（図示せず）が形成されている。

実施の形態２
ここでは、太陽電池パドルの他の例として、太陽電池セルの配置の変形例について説明する。人工衛星における他の駆動系や電源系の都合によって、前述した図１９に示される太陽電池ブランケットの太陽電池セル１５の配置では、集電バスへインターコネクタを接続することが物理的に困難になる場合も想定される。

そのような場合であっても、あらかじめ、太陽電池セルの配置を変えることで、ポートの位置を変えることができて、集電バスへの接続が可能になる。そのような太陽電池セルの配置を図２３に示す。集電バスへの接続は、太陽電池ブランケット２の端１３が固定される梁３ａ（図８参照）に設けられた正のポートと負のポートで行われ、また、太陽電池ブランケット２の端１４が支持される梁３の接続部５ａ（図８参照）付近に設けた正のポートと負のポートで行われる。

この太陽電池パドルでは、図１９に示される太陽電池ブランケットの太陽電池セルの配置と異なることの他に、山折りされる部分８をインターコネクタが跨がないので、太陽電池ブランケットの折り曲げに起因する断線等の故障の可能性をさらに排除することができる。

実施の形態３
ここでは、本発明による太陽電池パドルの人工衛星への搭載態様の一例について説明する。本発明による太陽電池パドルを搭載した太陽光発電衛星を図２４に示す。太陽光発電衛星４０は、質点と比較的長いブームからなり、主慣性軸が振り子と同じように地球の重力方向を向く運動を利用して姿勢を安定させている。この考え方を採用した人工衛星としては、たとえば、英国のＦｅｄＳａｔや米国のＬＤＥＦなどがある。このような人工衛星では、複雑な姿勢制御が不要であるため、地上からのコントロールや姿勢制御に伴う燃料補給、部品交換などを必要としない低コストな無人衛星として機能する。

この太陽光発電衛星４０では、円筒形の太陽電池パドル４１において発電した電力は、地球５１に向けたマイクロ波発信器４２から地上に向けて送信される。また、将来的には、各種の宇宙機の宇宙空間における無人のエネルギー供給施設としても利用することが可能である。

前述した太陽電池ブランケットあるいは太陽電池パドルは、このような太陽光発電衛星４０の太陽電池パドルとして適用することができる。すなわち、太陽電池ブランケットを、別途形成した太陽光発電衛星の外周面となる円筒型構造体に取り付けることによって太陽電池パドルとして機能させることができる。または、伸展機構に太陽電池ブランケットを取り付けた太陽電池パドルでは、伸展機構を伸展させた状態で拡張平面に略垂直な方向に力を加えることで円筒形状を形成することができ、これを円筒型構造体の一部として利用することもできる。

同様の太陽電池パドルを備えた人工衛星を数多く設置することで、システム全体としての冗長性を確保し、複雑な制御が不要な低コストの太陽光発電衛星として機能させることができる。また、将来的には、宇宙空間における不慮の事故に備える無人エネルギー供給施設として機能させることもできる。

実施の形態４
ここでは、本発明による太陽電池パドルの人工衛星への搭載態様の他の例について説明する。本発明による太陽電池パドルを搭載した太陽光発電衛星を図２５に示す。この太陽光発電衛星４０の太陽電池パドル５１は、放射状に配設された複数の伸展機構４３を中央部から伸展させた三次元構造体を備えている。この種の三次元構造体そのものは、たとえば文献（樋口健他：２Ｃ１１ “インフレータブル方式による超軽量伸展ロッドの開発”、第４９回宇宙科学技術連合講演会、２００５年１１月１０日）に提案されている。

その三次元構造体に太陽電池ブランケット５２が配設される。太陽電池ブランケット５２は、たとえば、宇宙飛行士の船外活動により三次元構造体に沿って、前述した図１１、図２０〜図２２に示す要領によって配設される。この三次元構造体に太陽電池ブランケット５２を配設し、太陽電池ブランケット５２に太陽風６０の圧力を受けさせることで、太陽電池パドル５１は太陽の方向に向けられることになる。

これにより、太陽光発電衛星４０を、姿勢制御が不要な太陽光発電衛星として機能させることができる。また、将来的には、この太陽光発電衛星４０を宇宙空間における不良の事故に備える無人のエネルギー供給施設としても機能させることができる。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の各実施の形態に係る太陽電池パドルに適用される伸展機構の基本構造を説明するための第１の状態を示す図である。同実施の形態において、伸展機構の基本構造を説明するための第２の状態を示す図である。同実施の形態において、伸展機構の基本構造を説明するための第３の状態を示す図である。同実施の形態において、伸展機構を伸展させた第１の例を示す図である。同実施の形態において、伸展機構を伸展させた第２の例を示す図である。同実施の形態において、伸展機構を伸展させた第３の例を示す図である。同実施の形態において、伸展機構を伸展させた第４の例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る太陽電池パドルに適用される伸展機構を示す平面図である。同実施の形態において、図８に示す伸展機構を縮めた状態を示す平面図である。同実施の形態において、太陽電池ブランケットを示す平面図である。同実施の形態において、太陽電池ブランケットの伸展機構への取り付け構造を示す部分分解斜視図である。同実施の形態において、太陽電池ブランケットを縮めた状態を示す斜視図である。同実施の形態において、伸展機構の梁の構造の第１の例を示す部分断面斜視図である。同実施の形態において、伸展機構の梁の構造の第２の例を示す部分断面斜視図である。同実施の形態において、伸展機構の梁の構造の第３の例を示す部分断面斜視図である。同実施の形態において、伸展機構の梁の構造の第４の例を示す部分断面斜視図である。同実施の形態において、太陽電池ブランケットと梁との接続を示す部分断面斜視図である。同実施の形態において、太陽電池ブランケットの基本単位を示す平面図である。同実施の形態において、図１９に示す太陽電池ブランケットにおける太陽電池セルの配置パターンの一例を示す平面図である。同実施の形態において、ファスナーによる太陽電池ブランケットの接続を説明するための部分側面図である。同実施の形態において、ファスナーによって太陽電池ブランケットを接続させた状態を示す部分斜視図である。同実施の形態において、面ファスナーによって太陽電池ブランケットを接続させた状態を示す部分斜視図である。本発明の実施の形態２に係る太陽電池パドルを示す平面図である。本発明の実施の形態３に係る太陽電池パドルの人工衛星への搭載態様を示す斜視図である。本発明の実施の形態４に係る太陽電池パドルの人工衛星への搭載態様を示す斜視図である。背景技術を説明するための人工衛星ＡＤＥＯＳを示す概観斜視図である。図２６に示す人工衛星ＡＤＥＯＳの太陽電池パドルの一連の展開動作を示す部分概観斜視図である。背景技術を説明するための人工衛星ＩＴＳＡＴで使われている太陽電池パドルとその展開構造を示す斜視図である。従来の太陽電池パドルの一連の展開動作を示す斜視図である。従来の他の太陽電池パドルの一連の展開動作を示す斜視図である。

符号の説明

１伸展機構、２太陽電池ブランケット、２ａブランケット本体、３，４梁、３ａブランケットが取り付けられる梁、５接続部、５ａブランケットが取り付けられる接続部、８山折りされる部分、９谷折りされる部分、１０基本単位、１１，１２太陽電池ブランケット、１３，１４端、１５太陽電池セル、２１接続具、２２ファスナー、２３インターコネクタ、２４コネクター、２５嵌め込み式金具、２６テープ部材、２７接着剤、３３ピン、３４平型リング、３５接続キャップ、３６ａ，３６ｂ集電バスケーブル、４０太陽光発電衛星、４１円筒型太陽電池パドル、４２マイクロ波発信器、４３太陽電池ブランケット、５１太陽電池パドル、５３太陽電池ブランケット。

Claims

菱形を基本構造とする平板型の平面伸展機構に取り付けられて伸展される太陽電池ブランケットであって、
伸展動作に伴って変形する菱形に対応した所定の折り目を有し、二等辺三角形状に折りたたまれた状態から伸展されるブランケット本体と、
前記ブランケット本体に配設された複数の太陽電池セルと
を備えた、太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体と前記太陽電池セルは、前記所定の折り目に対して略対称に配置された、請求項１記載の太陽電池ブランケット。
前記折り目の部分の比重は、前記太陽電池セルが配設された部分の比重よりも小さい、請求項１または２に載の太陽電池ブランケット。
前記太陽電池セルは前記折り目を避けて配設された、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、前記伸展機構における所定の梁に沿って固定される固定部分を含み、
前記固定部分と前記折り目との間に位置する前記ブランケット本体の領域を基本単位領域とし、
前記基本単位領域では、所定数の太陽電池セルが直並列に接続された、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、前記基本単位領域が連続的に繋がる態様で構成された、請求項５記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、
一つの前記基本単位領域からなる領域と、
複数の前記基本単位領域からなる領域と
を含む、請求項５または６に記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、互いに隣接する前記基本単位領域同士がファスナーまたは面ファスナーによって接続された部分を含む、請求項５〜７のいずれかに記載の太陽電池ブランケット。
折りたたんだ状態で宇宙機に搭載され、別途形成される曲面状構造体に宇宙空間において取り付けられる太陽電池ブランケットであって、
曲面状構造体に対応した所定の折り目を有するブランケット本体と、
前記折り目に対して対称に前記ブランケット本体に配設された太陽電池セルと
を備えた、太陽電池ブランケット。
前記折り目の部分の比重は、前記太陽電池セルが配設された部分の比重よりも小さい、請求項９記載の太陽電池ブランケット。
前記太陽電池セルは前記折り目を避けて配設された、請求項９または１０に記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、前記曲面状構造体における所定の梁に沿って固定される固定部分を含み、
前記固定部分と前記折り目との間に位置する前記ブランケット本体の領域を基本単位領域とし、
前記基本単位領域では、所定数の太陽電池セルが直並列に接続された、請求項９〜１１のいずれかに記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、前記基本単位領域が連続的に繋がる態様で構成された、請求項１２記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、
一つの前記基本単位領域からなる領域と、
複数の前記基本単位領域からなる領域と
を含む、請求項１２または１３に記載の太陽電池ブランケット。
前記ブランケット本体は、互いに隣接する前記基本単位領域同士がファスナーまたは面ファスナーによって接続された部分を含み、取替え可能とされた、請求項１２〜１４のいずれかに記載の太陽電池ブランケット。
請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池ブランケットを、菱形を基本構造とする伸展機構に取り付けた太陽電池パドルであって、
前記伸展機構における、前記太陽電池ブランケットが固定される所定の梁には、集電バスおよび電極ポートの少なくともいずれかが設けられた、太陽電池パドル。
前記電極ポートは、互いに電気的に絶縁された正電極および負電極の少なくとも一方の電極ポートを含む、請求項１６記載の太陽電池パドル。
請求項９〜１５のいずれかに記載の太陽電池ブランケットを、折りたたんだ状態から宇宙空間において展開し、前記伸展機構の伸展する面に対して略垂直な力を前記伸展機構に加えることによって所定の三次元形状に形成されるか、または、別途形成される曲面状構造体に沿わせて配置される、略平板型の太陽電池パドル。