JP4886949B2

JP4886949B2 - 伸展可能な担持構造体を備えている伸展可能な太陽発電機

Info

Publication number: JP4886949B2
Application number: JP2001298869A
Authority: JP
Inventors: マルティーン・ロート; フランツ・シュペルバー; ヴァルター・シュティヒ
Original assignee: アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2002154499A; FR2815934B1; FR2815934A1; US20020040726A1; US6555740B2; NL1019087C2; DE10048846C1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば宇宙飛行の際に使用されるが、しかし宇宙技術における使用に無関係にも使用される、伸展可能な担持構造体を備えている伸展可能な太陽発電機に関している。
【０００２】
【従来の技術】
伸展可能な担持構造体は、例えばヨーロッパ特許第０８５８９４６号から公知であり、この公報には鋏状に互いに結合されている単独支柱から成るマストが記載されている。ドイツ連邦共和国特許第２１１０６２６号から、テレスコープロッド或いは端部において可撓性に互いに結合されている単独部材から成る支柱により伸展される、伸展可能な太陽発電機が公知である。更に、この公報には内部の機械的な張力（メジャーテープ効果(Massbandeffekt)) によるベルトの展開によって形成される支柱を備えている太陽発電機が記載されている。ドイツ連邦共和国特許第３２２３８３９号には、個々のマスト部分から成る繰出し可能なマストによって保持される折畳み可能な太陽発電機が記載されている。これらの装置にあっては、伸展可能なソーラー・セル構造体は担持構造体の伸展可能な運動により一緒に伸展される。
【０００３】
しかし、この公知技術の欠点は、太陽発電機および特にソーラー・セル構造体の一定して行われる伸展は不十分にしか行われず、更に両構造体を同時に伸展させた際、担持構造体およびソーラー・セル構造体の伸展運動の相互のせめぎ合いにより、設備の損傷或いは締込みの危険が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のことから、本発明の課題は、確実なかつ一定した伸展を保証する、伸展可能な担持構造体を備えている伸展可能な太陽発電機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴によって解決される。
【０００６】
本発明の対象は、伸展可能なソーラー・セル構造体と第一の横担持体を備えている伸展可能な担持構造体とを備えている伸展可能な太陽発電機であり、この場合担持構造体はソーラー・セル構造体のための畳込みケース(Staugehaeuse)と結合されている。このような伸展可能なソーラー・セル構造体は、例えば可能な限り僅かな畳込みスペースで済ませるように、展開可能であるか或いは折畳み可能である。ソーラー・セル構造体は大抵畳込みケース内に設けられており、これによりソーラー・セル構造体はその作動開始以前に破壊或いは損傷をこおむるような影響から保護されている。
【０００７】
本発明により、担持構造体はソーラー・セル構造体に無関係に伸展可能であり、かつ担持構造体の伸展が終了した後ソーラー・セル構造体を伸展するための案内装置を備えている。この構成により、担持構造体の伸展運動はソーラー・セル構造体の伸展運動から隔離されている。両運動の各々は自体最適なものとなり、作動状態にあってその都度の他の伸展運動から独立して行われ、従って伸展運動およびこの伸展運動に関与する分力の障害となる相互の作用が回避される。担持構造体は、これが伸展した後、ソーラー・セル構造体の引続いて行われる伸展運動のための安定した保持部と案内部とを形成する。これにより、先ず担持構造体の伸展が行われ、その際差し当たり第二の横担持体はまだ畳込みケースと結合されたままである。担持構造体が伸展して始めて、この第二の横担持体はこの担持構造体に沿って運動し、その際第二の横担持体はこれと結合されているソーラー・セル構造体を帯行する。
【０００８】
この目的のため、特に本発明により、案内装置として、ソーラー・セル構造体と結合されていてかつ担持構造体に対して長手方向で運動可能に設けられている第二の横担持体と第一の案内ザイルが設けられており、この場合第一の横担持体と第二の横担持体とがそれらの端部において第一の案内ザイルと結合されている。この場合、第二の横担持体はソーラー・セル構造体の運動可能な自由端の有利な安定を行う。案内ザイルにより伝達される、確実に大きい力はソーラー・セル構造体に直接作用せず、むしろ横担持体を安定させるために作用し、これにより伸展運動によるソーラー・セル構造体の損傷の危険が低減される。
【０００９】
設備全体の可能な限りコンパクトなかつ重量の少ない構造様式を保証するために、第一の横担持体はカバーユニットの部分として、第二の横担持体がソーラー・セル構造体のための畳込みケースの中間底部とし形成されている。
【００１０】
畳込みケースは特に、伸展可能な担持構造体の部分要素が畳込みケースが閉じられている状態にあって初応力の下に第一の横担持体と第二の横担持体間に固定可能であるように構成されている。このことは、例えば畳込みケースの内室を適当に構成することにより、例えばその大きさのみによって行われる。これにより、一方では畳込みケースを開いた際の担持構造体の伸展運動が、その際開放される初応力によって支持され、他方では例えば担持構造体のための可逆的に変形可能な部分要素も設けることが可能であり、これらの部分要素はその際それらの高が変形可能であり、これにより畳込みケースの必要とする構造高さは短縮される。
【００１１】
ソーラー・セル構造体の、特に伸展された或いは繰出された状態での可能な限り最適な固定を保証するために、この可撓性のソーラー・セル構造体は、第二の横担持体と畳込みケース間に張架可能である案内ザイルと結合されている。
【００１２】
既に述べたように、可撓性のソーラー・セル構造体が張架される以前に繰出されるか、或いは折畳まれるか、或いは概して色々な位置にあっ互いに上下に設けることが可能である。ソーラー・セル構造体の表面を保護するために、かつ個々の位置間で起こり得る許容差を均衡するために、個々の位置間で弾性的な分離フオイルが設けられている。
【００１３】
伸展可能な担持構造体は多数の互いに結合されている部分要素から成り、これらの部分要素は、これらの部分要素の横断面の変更が長手方向の伸びに対して垂直方向で行われるように、可逆的に変形可能である。これによりこれらの部分要素はそれらの長手方向伸びに対して垂直方向で行われる力の作用或いは初応力により圧縮され、これによりこれらの部分要素の必要とする畳込み容量は低減される。力の作用或いは初応力が再び解消された場合、部分要素は可逆的にそれらの元の形状に戻る。他方では、部分要素としての単個部材の形成は、力の作用或いは初応力が再び解消されるや直ちに、個々の部材の高い剛性を保証する。
【００１４】
これらの部分要素は、それらの端部において、弾性的な部材によって互いに結合されている。これと共に、これらの部分要素はアコーデイオン状に畳込まれ、これにより畳込み集積体を個々の部分要素から形成することが可能であり、これらの部分要素は伸展可能な担持構造体の長手方向伸びに対して垂直方向で互いに重なり合っている。従って、個々の部分要素のための極めてコンパクトな畳込み可能性が達せられ、この場合畳込み容量は、上記のように相応する力或いは初応力が作用されることにより、部分要素の変形を経て更に低減される。他方では、弾性的な部材の内部の機械的な初応力を適当に調節することにより、力或いは初応力が解消された際、この機械的な部材の初応力による担持構造体の自動的な伸展が行われ、これに伴いこの担持構造体の繰出しが行われる。弾性的な部材の内部初応力もまた繰出された状態における担持構造体の剛性を保証する。
【００１５】
部分要素は可逆的な変形可能性を保証するため、これらの部分要素は弾性的に形成される必要がある。その際、これらの部分要素自体は弾性的な材料から成る。しかし、これらの部分要素が部分セグメント材から成ることも可能であり、これらの部分セグメント材はそれらの部分要素の長手方向で延在しており、かつこれらの部分要素の母線に沿って他の弾性的な部材或いはリンク部を介して互いに結合されている。このように、部分要素は管体部材或いは例えば管体部材の半円筒形の部分により形成されていてもよい。弾性的な部材が設けられている場合、個々の部分セグメント材は付加的な弾性を有していてもよいが、しかしこの弾性は一般に他の弾性的な部材の弾性よりも小さいように選択される。これらの弾性的な部材は例えば板ばねのようなばねとして形成されていてもよい。
【００１６】
部分要素は、本質的に互いに結合されている管体部材の個々の列として設けられており、従って繰出された状態にあって個々の担持体は、即ち例えば単個の支柱或いは単個のマストが形成される。少なくとも一つの第一の部分要素は第一の端部において第二の部分要素の第一の端部と、そして第二の端部において第三、第四および第五の部分要素の第二の端部と結合されている。これにより、互いに平行な二つの列として設けられている部分要素が形成され、その際列同志は互いに結合されており、繰出された状態にあって二重の担持構造体、即ち例えば二重の支柱或いは二重のマストが形成される。これらの二重の担持構造体を以下に記載においては短縮して二重構造体と称する。この構成により、担持構造体の剛性が更に増大される。
【００１７】
根本的に、すべての適当な材料、特に弾性的な材料を管体部材要素として使用することができる。即ち、例えばこれらの管体部材要素は炭素繊維材料から成っていてもよい。このような材料は、剛性が比較てき大きいにもかかわらず、重量が僅かであると言う利点を有している。
【００１８】
以下に添付した図面に図示した発明の実施の態様につき本発明を詳細に説明する。
【００１９】
【発明の実施の態様】
図１は、伸展可能な太陽発電機の伸展可能な担持構造体の部分要素としての互いに上下に設けられている、変形した二つの管体部材１，１１を畳込んだ状態で示しており、この場合下方の管体部材１１は、例えば図示していない他の管体部材或いは支持面によって支持されている。上方の管体部材１には、これらの管体部材１，１１を変形する垂直方向に作用する力或いは初応力Ｆが作用し、これにより図示している横断面はこれらの管体部材１，１１の長手方向伸びに対して垂直方向で変形する。
【００２０】
図１における管体部材１，１１はそれぞれ二つの半円筒形で中空の部分要素１ａ，１ｂ，１１ａ，，１１ｂから成り、これらはそれぞれ或る程度の弾性を有している。これらは、例えば炭素繊維材料から成る。管体部材１，１１の母線に沿った切断線２，１２に沿って、部分要素１ａ，１ｂ，１１ａ，，１１ｂは、図３に図示したように、板ばねのような弾性的な部材６或いは選択的にリンク部により互いに結合されている。
【００２１】
管体部材１，１１は、図２に概略図示したように、それらの端部４，１４において、板ばね配設のような弾性的な部材５により互いに結合されている。図２は、単個の支柱或いは単個のマストを示している。即ち、ここではマスト或いは支柱は単一の列の管体部材１，１１によってのみ形成されている。しかし、二重構造も可能であり、従って担持構造体は伸展された状態にあって二重の支柱或いは二重マストを形成する。弾性的な部材の特別な構成は、弾性と剛性に関する特別な値に応じて適合される。
【００２２】
図４ａと図４ｃは二重構造の畳込まれた状態（図４ａ）から部分的に伸展された状態（図４ｃ）への伸展を示している。図４ａの畳込まれた状態にあっては、管体部材は二つの畳込み体として伸展方向に対して垂直方向で上下に存在しており、上方の横担持体１３と下方の横担持体１５間で、管体部材を変形させる初応力の下に保持されており、これにより可能な限り小さな畳込み容量が達せられる。
【００２３】
管体部材１，１１，２１，３１は、図４に示したように、それらの端部７，１７，２７，３７において弾性的な部材５により互いに結合されている。この場合、この結合はＸ−形状の蝶番リンク部を結合しており、従って管体部材１，１１，２１，３１は互い旋回可能である。しかし、担持構造体が伸展された状態にあって、これらの管体部材１と１１並びに２１と３１は母線の領域内において互いに当接し合っている。
【００２４】
初応力が解消された場合、可撓性の部材５は管体部材の端部において、担持構造体の繰出しを行い、従って担持構造体の伸展を行う。この場合、先ず図４ｂに示した状態が達せられ、この状態において第一の管体部材１，１１，４１，５１が伸展し、この場合管体部材１と４１は第一の端部４，４４において、管体部材１１と５１は第一の端部１４と５４において互いに結合されている。更に、これらの管体部材４１と５１は上方の横担持体１３とリンク状に結合されている。管体部材１と１１は、図４ｃに示してように、それらの第二の端部７，１７において互いに結合されており、境を接している管体部材２１と３１は第二の端部２７，３７と結合されているので、担持構造体は、図４ｂに示した状態において、更にまとめて保持され、管体部材４１と５１並びに１，１１は、図４ｃに示したように、自動的に秩序正しく互いに平行に整列される。ここで、伸展工程は次の管体部材２１と３１並びにそれらの第一の端部２４と３４に境を接している他の管体部材が二重構造体の伸展と共に完全に伸展されるまで継続される。
【００２５】
上方の横担持体１３は、管体部材１，１１，２１，３１，４１，５１とソーラー・セル構造体１６とから成る伸展可能な担持構造体の配設のための畳込みケース２２のカバーユニット２６の一部分を形成している。第二の横担持体１５は中間底部を形成し、かつ畳込みケース２２の底部ユニットと解離可能に結合されている。この畳込みケース２２内には、図６に示したように、折畳まれた管体部材１，１１，２１，３１，４１，５１が第一の横担持体１３と第二の横担持体１５間で初応力の下に固定されており、この場合互いに上下に存在している管体部材１，２１，４１は場所節約が行われるように変形される。第二の横担持体１５の下方で、ソーラー・セル構造体１６は、特に図６に畳込まれた形状で示したように、畳込みケース２２内に畳込まれ、この場合ソーラー・セル構造体１６の個々の位置間には弾性的な分離箔２８が設けられている。
【００２６】
担持構造体とこれと結合されている第一の横担持体１３の伸展は、図４ａから図４ｃに関して説明したように行われ、その際第二の横担持体１５が管体部材１１，２１，３１，４１，５１の伸展運動の間未だ底部ユニット２５と結合された状態にあることに留意しなければならない。ソーラー・セル構造体１６もまたその畳込み状態で底部ユニット２５内にとどまったままである。従って、担持構造体は完全に伸展され、その際一定の伸展は横担持体の端部における案内ザイル１８によって保証される。
【００２７】
ここで担持構造体の伸展が行われた後、第二の横担持体１５が底部ユニット２５から解離され、担持構造体に沿って第一の横担持体１３の方向で運動させられる。第一の横担持体１３内において案内ザイル１８が例えば転向ローラを介して案内されていて、かつこの案内ザイル１８が一方では第二の横担持体１５と、他方ではモータと結合されている場合、上記の運動は同様に案内ザイル１８によっても行われる。第二の横担持体１５がソーラー・セル構造体１６と結合されているので、第二の横担持体１５の運動と共に、ソーラー・セル構造体１６もまた第一の横担持体１３上を運動させられ、これにより伸展され、張架される。この状態は図５に図示した。ソーラー・セル構造体１６の固定をより良くするために、他の案内ザイル１９が設けられており、これらの案内ザイルは第二の横担持体１５と底部ユニット２５との間に張架されており、ソーラー・セル構造体１６と結合されている。この場合、図５に図示したように、ソーラー・セル構造体はソーラー・セルを備えている個々の帯状材料１６によって形成されており、その際図５に図示した発明の実施の態様により二つ当たりの帯状材料が管体部材−担持構造体の側面に設けられている。これらの帯状材料の数と長さは必要に応じて選択される。更に、図５に図示した装置は、個々の帯状材料１６が担持構造体を備えた面内に存在しており、これにより担持構造体と帯状材料１６間に機械的なモーメントが生じないと言う利点が得られる。これとは反対に、例えばドイツ連邦共和国特許第３２２３８３９号による公知技術による装置にあっては、担持構造体はソーラー・セル構造体の面の後方に設けられており、従ってここに機械的なモーメントが生じる。
【００２８】
装置のよりコンパクトな取付けを達するために、畳込みケース２２は軸２３を中心にして旋回可能に基礎部材２９、例えば基板と結合されている。これにより、全装置の移送の間の畳込みケース２２の構造高さが更に短縮される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による太陽発電機にあっては、ソーラー・セル構造体の一定して行われる伸展が十分に行われ、更に両構造体を同時に伸展させた際、担持構造体およびソーラー・セル構造体の伸展運動の相互のせめぎ合いによる設備の損傷或いは締込みの危険が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】管体部材の様式の互いに上下に設けられていてかつ変形された部分部材の畳込まれた状態での概略断面図である。
【図２】管体部材の端部における弾性部材の概略図である。
【図３】管体部材の母線に沿った弾性部材の概略図である。
【図４】太陽発電機の担持構造体としての二重構造の伸展した状態の図である。
【図５】担持構造体とソーラー・セル構造体の伸展された後の展開された太陽発電機の図である。
【図６】図５による太陽発電機のための畳込みケースの図である。
【図７】分離箔を備えたソーラー・セル構造体の個々の位置の図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，５１管体部材
１ａ，１１ａ，１ｂ，１１ｂｕｆａｉａの部分セグメント
１３第一の横担持体
１５第二の横担持体
１６ソーラー・セル構造体
１８，１９案内ザイル
２２畳込みケース
２３軸
２４，２５管体部材の端部
２５底部ユニット
２７，３７管体部材２１，３１の端部
２９基礎部材

Claims

伸展可能なソーラー・セル構造体（１６）と第一の横担持体（１３）を備えかつソーラー・セル構造体（１６）のための畳込みケース（２２）と結合されている伸展可能な担持構造体（１，１１，２１，３１，４１，５１）とを備えている様式の、伸展可能な太陽発電機において、
担持構造体（１，１１，２１，３１，４１，５１）がソーラー・セル構造体（１６）に無関係に伸展可能であり、かつ担持構造体（１，１１，２１，３１，４１，５１）の伸展が行われた後にソーラー・セル構造体（１６）を伸展するための案内装置（１５，１８）を備えていること、
上記案内装置（１５，１８）として、ソーラー・セル構造体（１６）と結合されていてかつ担持構造体（１，１１，２１，３１，４１，５１）に関して長手方向で運動可能に設けられている第二の横担持体（１５）と第一の案内ザイル（１８）が設けられており、この案内装置の構造にあって、第一の横担持体（１３）と第二の横担持体（１５）とがそれらの端部において第一の案内ザイル（１８）を介して結合されていること、
および
上記第一の横担持体（１３）がカバーユニット（２６）の部分として、そして第二の横担持体（１５）がソーラー・セル構造体（１６）のための畳込みケース（２２）の中間底部とし形成されていることを特徴とする太陽発電機。
畳込みケース（２２）が、
伸展可能な担持構造体の部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）が上記畳込みケース（２２）が閉じられている状態にあって初応力の下に第一の横担持体（１３）と第二の横担持体（１５）間に固定可能である
ように、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽発電機。
ソーラー・セル構造体（１６）が、第二の横担持体（１５）と畳込みケース（２２）間に張架可能である第二の案内ザイル（１９）と結合されていることを特徴とする請求項１或いは２に記載の太陽発電機。
担持構造体が互いに結合されている多数の部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）から成り、この担持構造体の構造にあって、
これらの部分要素が管体部材（１，１１，２１，３１，４１，５１）により形成されており、これらの管体部材が、
上記部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）の横断面の変化が、それらの長手方向伸びに対して垂直方向で行われる
ように可逆的に変形可能であり、
そして上記部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）がそれらの端部（４，１４，２４，３４，４４，５４，７，１７，２７，３７）において弾性的な部材（５）を介して互いに結合されている
ことを特徴とする請求項２或いは３に記載の太陽発電機。
少なくとも一つの第一の部分要素（１）が第一の端部（４）において第二の部分要素（４１）の第一の端部（４４）と結合されていて、かつ第二の端部（７）において第三、第四および第五の部分要素（１１，２１，３１）の第二の端部（１７，２７，３７）と結合されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽発電機。
部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）が弾性的な材料から成ることを特徴とする請求項４或いは５に記載の太陽発電機。
部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）が炭素繊維材料から成ることを特徴とする請求項４から６までのいずれか一つに記載の太陽発電機。
部分要素（１，１１，２１，３１，４１，５１）が管体部材として形成されていることを特徴とする請求項４から７までのいずれか一つに記載の太陽発電機。