JP2012121565A - 展開可能な宇宙空間構造物用トルクモータリゼーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】展開可能な宇宙空間構造物用トルクモータリゼーションシステムを提供する。
【解決手段】２つのほぼ平行な巻付け筒１ａ、１ｂと、少なくとも１つの縦連結要素３であって、連結要素は巻付け筒の間を予め定められた距離に維持することができ、巻付け筒の周りに巻き付けられ、その結果、連結要素は巻付け筒の間に位置する交差点Ｃを有する。さらに少なくとも２つの可撓性軌道２０ａ、２０ｂは、それぞれ巻付け筒に取り付けられ、対面し、接触点Ｐにおいて互いに接触するように配置され、連結要素の影響の下で接触点にプレストレス力が加えられる可撓性軌道を含む。可撓性軌道がらせん形状であり、らせん形状は巻付け筒の間に位置する二つのらせん形可撓性軌道間の接触点Ｐは連結要素の交差点Ｃに対してずれが生じるように配置され、接触点と交差点との間の距離Ｄに依存するトルクが接触点に加えられ、トルクは可撓性軌道の交互回転を生じさせ得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナ、太陽発電機等の宇宙船付属物を展開するための機構の分野に関する。

これらの機構は、一般にねじりばね、渦巻きばね、またはＣａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手モータリゼーション要素を用いたヒンジラインを含んでおり、抵抗トルクに対抗し、付属物の全展開を保証するために生成されるトルクに関して必要な余裕を確保することができる。

このような状況において、既知のモータリゼーション要素により可変のモータリゼーショントルクが供給され、それによってオーバーモータリゼーションや全展開時の衝撃が生じる。

これらの衝撃は重大な影響を及ぼす場合があり、全展開時に宇宙船付属物を損傷させるとともに、宇宙船の操縦に有害な寄生トルクを発生させる恐れがある。この問題を軽減するため、展開可能構造物はその展開中に生じる移動終端での衝撃に耐えるように寸法を決定され、補強されるが、この解決策では十分でなく、構造物の総重量を著しく増加させる。

一定の進歩の結果、抵抗トルクがほぼ０の展開機構が開発された。そのような機構、例えば仏国特許出願公開第２６３５０７７号明細書に記載されているヒンジラインは、必要なモータリゼーション動力が制限されるとともに、移動終端での衝撃が最小化されるという利点を有している。前述の機構を特に質量および容積に関して改良することによって、他の機構が開発されている。そのような展開機構は、仏国特許出願公開第０６０５６５３号明細書において開示されている。

宇宙船付属物展開のためのこれらヒンジ機構は、それにもかかわらず、従来技術においては取り組んでこなかった別の欠点を有する。

第一に、仏国特許出願公開第２６３５０７７号明細書および仏国特許出願公開第０６０５６５３号明細書に記載されている機構のような既知の機構は、最大展開可能角度１８０°を有する。さらに、既知の機構は、構造上の理由から、その総合的動力学によって非常に不規則なモータリゼーショントルクを発生させる。最後に、既知の展開機構の展開速度は、すでに述べたように、調節されていないため、移動終端でのエネルギーの放出およびそのための衝撃を引き起こす。

本発明の１つの目的は、主に前述の欠点を軽減することである。

それ故、寸法が過大でなく、極く僅かの展開終端での衝撃しか生じないモータリゼーション機構を用いて１８０°を越える展開を可能とするため、本発明においては、互いに回転可能で、二つの可撓性軌道間の接触点に加えられるトルクを生成するように配置された二つのらせん形の可撓性軌道の使用に基づくモータリゼーションシステムを提案する。

より具体的には、本発明は、２つのほぼ平行な巻付け筒と、少なくとも１つの縦連結要素であって、前記連結要素は前記巻付け筒の間を予め定められた距離に維持することができ、前記巻付け筒の周りに巻き付けられ、その結果、前記連結要素は前記巻付け筒の間に位置する交差点を有する連結要素を含むモータリゼーション装置であって、さらにモータリゼーション装置は少なくとも２つの可撓性軌道であって、それぞれ巻付け筒に取り付けられ、前記可撓性軌道は対面し、接触点を有するように配置され、前記連結要素の影響の下で前記接触点にプレストレス力が加えられる可撓性軌道を含むモータリゼーション装置に関する。本発明のモータリゼーション装置は、前記可撓性軌道がらせん形状であり、前記らせん形状が、２つの可撓性軌道間の接触点は前記連結要素の交差点に対してずれが生じるように配置され、前記接触点と前記交差点が巻付け筒の回転軸に平行な単一軸上に並んでいないために接触点と交差点との間の距離に依存するトルクが前記接触点に加えられ、前記トルクは可撓性軌道の交互回転を生じさせ得ることを特徴とする。

有利には、らせん形状が、可撓性軌道間の接触点と連結要素の交差点との間の距離が予め定められた値に等しくなるよう配置され、可撓性軌道の弾性および剛性が可撓性軌道間の前記接触点に働くトルクを調節するように設計される。

ある実施例においては、前記トルクは一定である。

別の実施例においては、前記トルクは変化する。

有利には、連結要素は２つの可撓性巻付け帯材で形成されてよい。

有利には、連結要素は代替案として一組のケーブルで形成されてもよい。

有利には、本発明のモータリゼーション装置は移動終端ストッパーを含んでよい。

有利には、本発明のモータリゼーション装置は戻り止めストッパーを含んでよい。

有利には、可撓性軌道は変化する横断面を有してよい。

本発明の他の特徴および利点については、添付図面との関連において以下の説明で明らかにする。

要するに、本発明の主な利点は、宇宙船付属物展開機構用の自動モータリゼーションシステムソリューションを提案することである。本発明のモータリゼーションシステムによって、１８０°を越える最大角度が提供される。さらに、本発明によって、展開機構を開くために生成されるトルクを調節することができる。前記生成トルクは、モータリゼーションに対する抵抗トルクの関数として、最低限必要なモータリゼーションに適合させることもできる。一つの適用事例では一定モータリゼーショントルクもあり得る。

本発明のシステムは、少数の部品から構成されており、組立て品の一定の単純さが確保されるため、機械的単純性という利点も有している。最後に、らせん形状の可撓性軌道の配列によって接触面積が小さくなり、それによって摩擦が最小になって、モータリゼーションシステムを過大なものとする必要がなくなり、移動終端衝撃のリスクが減少する。

既知のＣａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手展開機構の格納位置における図である。 既知のＣａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手展開機構の展開位置における図である。 本発明のモータリゼーションシステムの格納位置および展開位置における図である。 本発明のモータリゼーションシステムの可撓性軌道用らせん形状の例を示す図である。 本発明のモータリゼーションシステムの可撓性軌道用らせん形状の例を示す図である。 プレストレス力を受けている本発明のモータリゼーションシステムの可撓性軌道の図である。 図３ｃとは異なるプレストレス力を受けている本発明のモータリゼーションシステムの可撓性軌道の図である。 移動終端ストッパーを取り付けた本発明のモータリゼーションシステムの図である。 輪郭の変わる巻付け軌道を備えた本発明の装置の典型的実施例の図である。

図１は、仏国特許出願公開第０６０５６５３号明細書の教えに一致する展開機構中に組み込まれた既知のＣａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手モータリゼーションシステムの一例の図である。巻付け筒１ａと１ｂはほぼ平行であり、前記巻付け筒１ａおよび１ｂの周りに８の字形に巻き付けた巻付け帯材３またはケーブル等任意の適切な要素によって適切な位置に保持される。円弧形可撓性軌道２ａおよび２ｂは、それぞれ巻付け筒１ａおよび１ｂに連結され、巻付け筒１ａおよび１ｂをそれぞれ取り囲むように配置される。可撓性軌道２ａと２ｂは、相対しつつ互いに接触するように配置される。巻付け帯材３は、可撓性軌道２ａと２ｂの接触点に作用するプレストレス力を引き起こす。巻付け筒１ａおよび１ｂならびに可撓性軌道２ａおよび２ｂが円形形状であるため、前記可撓性軌道間の接触点と前記巻付け帯材３の交差点が、二つの巻付け筒１ａおよび１ｂの回転軸に平行で等距離にある縦軸上に並ぶ。太陽発電機ＧＳ等の付属物は、巻付け筒と可撓性軌道のユニット１ａ−２ａおよび１ｂ−２ｂにそれぞれ取り付けられる。

よく知られているように、Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手１０は、モータリゼーションスプリングとして利用される湾曲した断面を有する薄い金属帯材である。さらに、Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手１０には開いた時に一定程度の剛性を維持するという利点がある。図１ａにおいては、Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手１０は閉じられ、装置は格納状態にある。図１ｂにおいては、Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手１０は開かれ、装置は展開状態にある。

上述するとともに、図１ｂに示したように、この型式のＣａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手モータリゼーションの主な欠点は、前記Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手のヒンジへの配置上の理由から、展開角度に１８０°を越えられないという限界があることである。

図２により、本発明の原理を説明する。ヒンジは、図１ａ−１ｂに示す構造と類似の構造である。可撓性軌道２０ａおよび２０ｂは、それぞれ巻付け筒１ａおよび１ｂに接続されている。本発明の展開機構用モータリゼーションシステムの革新的発想は、らせん形可撓性軌道からなる可撓性軌道２０ａおよび２０ｂに基づく。図１ａおよび１ｂに示した可撓性軌道２ａおよび２ｂに関して、本可撓性軌道２０ａおよび２０ｂは、可撓性軌道２０ａと２０ｂの接触点Ｐを巻付け帯材３の交差点Ｃに関してずらすことを可能とするこの特有のらせん形状を有する。接触点Ｐと交差点Ｃは、巻付け筒１ａおよび１ｂの回転軸に平行な同一軸上には存在しない。接触点Ｐと交差点Ｃ間の距離Ｄのずれによって、接触点Ｐに加えられる、巻付け帯材３によって引き起こされるプレストレス力がずらされる。その結果、接触点Ｐと交差点Ｃの間にトルクＲが生じ、可撓性軌道２０ａおよび２０ｂの回転が引き起こされる。可撓性軌道２０ａおよび２０ｂがらせん形状であることから、その交互回転によって巻付け筒の芯間距離の変化が生じ、閉じた位置ＣにおけるＥから開いた位置ＯにおけるＥ’に変化する。

このトルクＲは、らせん形状ならびに可撓性軌道２０ａおよび２０ｂの物理的性質、特にその弾性および剛性に関して行った選択の関数として設定可能である。可撓性軌道に作用するトルクＲを増加させるため、図３ａに示すように、大きな開放角度を有するらせんを形成することによって接触点Ｐと交差点Ｃのずれを大きくするか、または図３ｂに示すように、より硬い可撓性軌道を形成することによって接触点Ｐに作用する力を増加させることができる。接触点Ｐに作用する力を増加させるため、可撓性軌道２０ａ−２０ｂの撓みを増加させることもできる。図３ｃ−３ｄは、プレストレス力Ｆを受けている可撓性軌道２０ａとプレストレス力を受けていない可撓性軌道２０ａに相当する可撓性軌道２０ａ’を示す。図３ｃにおける可撓性軌道２０ａの撓みは図３ｄより大きく、接触点Ｐに加えられる力は図３ｃの装置の方が大きい。

展開段階を通して一定のトルクＲを生成させるには、アルキメデスらせんが好ましい。

本発明は、ヒンジ外の要素によって齎されるある種の変動摩擦トルクを相殺するようにモータリゼーショントルクＲを適合させる可能性も提供する。典型的には、二つの太陽発電機パネルＧＳの間に電気を運ぶ電線のストランドが存在する。これによって展開の初めから終わりまでほぼ一定のモータリゼーションマージンが可能となる。その結果、モータリゼーションの要件が、正確に必要なものに調整される。

本発明の一実施例によれば、システムは、システムの開きを適切な位置で止めることのできる、図４に示す移動終端ストッパーＢを含む。

特に、前記の開きは１８０°を越えてよい。

図５に示す特定の実施例によれば、モータリゼーションシステムが開く時に発生するずれＤの変動を補正する特定のシステムが提供できる。そのような補正システムは、可撓性軌道２０ａ−２０ｂの撓みを制限することを目的としている。実際、巻付け帯材３は、その軸に沿っては非常に剛性が高い。寸法の変わる巻付け軌道１ａおよび１ｂの使用によって、ヒンジが開く間に可撓性軌道２０ａと２０ｂをより近接させることができる。巻付け軌道１ａおよび１ｂの輪郭は、前記可撓性軌道２０ａ−２０ｂの撓みならびに発生するトルクを保証するため、可撓性軌道２０ａ−２０ｂのらせん形状輪郭の関数として決定される。このように、巻付け帯材３は、格納位置においては図５に半径ｒで示す小径巻付け軌道１ａおよび１ｂ上に巻き付けられ、次に展開位置において図５に半径Ｒで示す大径巻付け軌道１ａおよび１ｂ上に巻き付けられる。この設計により、二つの巻付け軌道１ａと１ｂならびに可撓性軌道２０ａと２０ｂの芯間距離を減少させてＥからＥ’に変化させることができる。

このように、図５は、一定したトルクが得られる巻付け軌道１ａおよび１ｂの一例を示す。

１ａ…巻付け筒、
１ｂ…巻付け筒、
２ａ、２０ａ、２０ａ’…可撓性軌道、
２ｂ、２０ｂ…可撓性軌道、
３…巻付け帯材、
１０…Ｃａｒｐｅｎｔｉｅｒ継手、
ＧＳ…太陽発電機、
Ｐ…接触点、
Ｃ…交差点、
Ｃ…閉じた位置、
Ｏ…開いた位置、
Ｅ、Ｅ’…芯間距離、
Ｄ…接触点Ｐと交差点Ｃの間の距離、
Ｒ…トルク、
Ｆ…プレストレス力、
Ｂ…移動終端ストッパー、
Ｒ…半径、
ｒ…半径。

Claims (9)

1. ２つのほぼ平行な巻付け筒（１ａ、１ｂ）と、少なくとも１つの縦連結要素（３）であって、前記連結要素（３）は前記巻付け筒（１ａ、１ｂ）の間を予め定められた距離に維持することができ、前記巻付け筒（１ａ、１ｂ）の周りに巻き付けられ、その結果、前記連結要素（３）は前記巻付け筒（１ａ、１ｂ）の間に位置する交差点（Ｃ）を有する連結要素（３）と、少なくとも２つの可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）であって、１つずつの可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）はそれぞれの巻付け筒（１ａ、１ｂ）に取り付けられ、前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）は対面し、接触点（Ｐ）を有するように配置され、前記連結要素（３）の影響の下で前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）の接触点（Ｐ）にプレストレス力が加えられる可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）とを含むモータリゼーション装置であって、前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）がらせん形状であり、前記らせん形状は前記２つの可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）間の接触点（Ｐ）が前記連結要素（３）の前記交差点（Ｃ）に対してずれが生じるように配置され、前記接触点（Ｐ）と前記交差点（Ｃ）が前記巻付け筒（１ａ、１ｂ）の回転軸に平行な単一軸上に並んでいないために前記接触点（Ｐ）と前記交差点（Ｃ）との間の距離（Ｄ）に依存するトルク（Ｒ）が前記接触点（Ｐ）に加えられ、前記トルク（Ｒ）は前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）の交互回転を生じさせうることを特徴とするモータリゼーション装置。
2. 前記らせん形状が前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）間の接触点（Ｐ）と前記連結要素（３）の交差点（Ｃ）との間の前記距離（Ｄ）が予め定められた値に等しくなるよう配置され、前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）の弾性および剛性が前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）間の接触点（Ｐ）に働く前記トルク（Ｒ）を調節するように設定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記トルク（Ｒ）が一定であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記トルク（Ｒ）が変化することを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記連結要素（３）が２つの可撓性巻付け帯材を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記連結要素（３）が１組のケーブルを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
7. 移動終端ストッパー（Ｂ）を含むことを特徴とする、請求項の１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 戻り止めストッパーを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記可撓性軌道（２０ａ、２０ｂ）が変化する横断面を有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。

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