JP6323277B2 - 太陽電池パネル - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池パネルに関する。特に、推進装置から発射されるプラズマビームに含まれる正電荷イオンによる衝突を防止する磁界シールド装置を備えた太陽電池パネルに関するものである。

人工衛星に設けられたイオン加速装置を備えた推進装置の腐食を低減するために、該面部分に対して主に平行な磁界を形成するための中間電位面を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１０−５３９３７５号公報

人工衛星に設けられる駆動装置の１つに静電推進装置がある。静電推進装置は、高電圧を使用してイオン化室内でイオン化された作動ガスの正電荷イオンを高電圧静電界内で加速し、プラズマビームとして同装置のイオン化チャンバの開口から発射する。その反動原理により、人工衛星はプラズマビームの発射の方向と逆の方向に、加速される。

静電推進装置の作動時は、プラズマビームの発射方向に向いている人工衛星の表面が腐食していくことが観測される。例えば、太陽電池セルをパネル上に搭載した太陽電池パネルの表面も、このプラズマビームに含まれる正電荷イオンの衝突によって腐食されることが観測されている。
イオンによる損傷は太陽電池パネルの発電能力に支障をきたす要因であるため、太陽電池パネルに搭載される個々の部品に対して、イオン損傷に対する対策が施されている。
例えば、太陽電池パネルの受光面側に搭載される太陽電池と、太陽電池パネル上に配線された被覆電線とは、電気的に接続するために薄い板状の金属部品を介して接続されている。この金属部品がイオンによって損傷することを防ぐため、金属部品の曝露面に樹脂性のコーティングを施すことが行われる。

金属部品と、金属部品上に施された樹脂性のコーティングは、衛星軌道上の熱環境によって、昇温による熱膨張と、冷温による熱収縮を周期的に繰り返す。
このとき、樹脂性のコーティングの熱膨張率と金属部品の熱膨張率の間に差異があるため、その差異に応じた熱応力が樹脂性のコーティングおよび金属部品に印加される。一般に樹脂製のコーティングおよび金属部品それぞれが持つ熱膨張率の間に大きな差異があるため、熱応力による金属部品の変形よって、金属部品が破損する。
従来、金属部品の破損によって太陽電池パネル上に形成される電気回路の冗長性が喪失し、太陽電池パネルの信頼性が低下するという課題があった。
熱応力による金属部品の破損を回避するためには、樹脂製のコーティングの厚さを厳密に制御する必要があるが、要求精度でコーティングの厚さを制御することは実際状困難であり、実現は難しいという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、静電推進装置の作動によるイオン損傷を抑え、動作の信頼性を維持できる太陽電池パネルを提供することを目的とする。

この発明に係る太陽電池パネルは、衛星に搭載される太陽電池パネルの受光面に対し垂直となる方向に設置された２本で一対をなすロッドと、各々の前記ロッドに沿って張られた導線と、前記ロッドに沿って張られた導線と接続し、前記２本のロッドの上端の間および下端の間をそれぞれ接続する導線とからなる閉回路と、前記閉回路に電流を流す電源とを備える。

この発明に係る太陽電池パネルによれば、推進装置から発射されるプラズマビームに含まれる正電荷イオン衝突によって生じる太陽電池パネルの損傷を低減できる。

この発明の実施の形態１に係る磁界シールド装置を備える太陽電池パネル１００の外観（収納状態）を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る磁界シールド装置のロッド（収納状態）の外観を表す図である。 この発明の実施の形態１に係るロッド立上げ機構６の外観を表す図である。 この発明の実施の形態１に係る磁界シールド装置のロッド（展開状態）の外観を表す図である。 この発明の実施の形態１に係る磁界シールド装置を備える太陽電池パネルの外観（展開状態）を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る磁界シールド装置を展開した状態で、正電荷イオンが飛来した場合の正電荷イオンの軌道を説明する図である。 人工衛星における太陽電池パネルの配置を表す図である。 太陽電池パネルの断面図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係る太陽電池パネル１００について、図を用いて説明する。

図７は一般的な人工衛星の外観図である。図において人工衛星は衛星本体１０１、衛星本体１０１と機械的に接続され、衛星本体１０１に搭載された電子機器に電力を供給する太陽電池パネル１、地上局との間で電波の送受信を行うアンテナリフレクタ１０２等の構造体から構成される。
本実施の形態に係る磁界シールド装置を備えた太陽電池パネル１００は、図７の太陽電池パネル１の位置に、太陽電池パネル１に代わって設置される。

図８は太陽電池パネル１の断面図であり、４０はサンドイッチパネル、４１はサンドイッチパネル１の表皮材（表面）、４２はサンドイッチパネル１の表皮材（裏面）、４３はサンドイッチパネル４０のコア部、８は太陽電池セル、１１は絶縁体フィルム層である。
太陽電池セル８を保持するために通常、平板状のサンドイッチパネル４０が使用され、サンドイッチパネル４０の表面に太陽電池セル８を配列させている。サンドイッチパネル４０の表皮材としては、比弾性率、比強度を高めるために炭素繊維強化複合材料やアルミニウムが多用されている。

絶縁体層１１はサンドイッチパネル４０の表皮材（表面）４１上に取り付けられる。
太陽電池セル８は接着剤等により絶縁体層１１上に搭載され、太陽電池セル８の間は接続金具により電気的に接続される。太陽電池パネルに取り付けられた被覆電線（図示せず）とは、電気的に接続するために薄い板状の金属部品を介して接続される。

図１は、本実施の形態に係る磁界シールド装置５０を備えた太陽電池パネル１００（以下、単に「太陽電池パネル１００」ともいう）の構成を説明する図であり、磁界シールド装置５０が展開する前の収納された状態を表している。
磁気シールド装置５０は、太陽電池パネル１の受光面側に設けられた４本のロッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、ロッド２ａとロッド２ｂの間を接続する被覆導線３ａｂと、ロッド２ｃとロッド２ｄの間を接続する被覆導線３ｃｄと、太陽電池パネル１上に配線され、被覆導線３ａｂと接続される被覆導線４ａ、４ｂと、同じく太陽電池パネル１上に配線され、被覆導線３ｃｄと接続される被覆導線４ｃ、４ｄと、被覆導線４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを束ねて接続する電気コネクタ５とからなる。

被覆導線３ａｂは、後述する筒状のロッド本体２ａ、２ｂの筒内を通り、被覆導線４ａ、４ｂと接続されている。また、被覆導線３ｃｄは、後述する筒状のロッド本体２ｃ、２ｄの筒内を通り、被覆導線４ｃ、４ｄと接続されている。

電気コネクタ５は電源（図示せず）と接続され、閉回路をなす被覆電線３ａｂ、４ａ、４ｂと、被覆電線３ｃｄ、４ｃ、４ｄの各々の回路に電流を流すことができる。

図２は、ロッド２ｂ、あるいはロッド２ｄの外観図である。ロッド２ａ、２ｃはロッド２ｂ、２ｄと左右対称の形状を有する。ここではロッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを代表してロッド２ｂについて構造を説明する。
図２において、ロッド２ｂは、筒状のロッド本体８ｂと、横置きされたロッド本体８ｂを立上げることで磁界シールド装置５０を展開するロッド立上げ機構６ｂと、ロッド本体８ｂの先端に取り付けられたコネクタ７ｂから構成される。筒状のロッド本体８ｂは、アルミニウムを加工して作られ、筒の内側には、先述の通り被覆導線３ａｂが通される。コネクタ７ｂは断面が半円形状をなし、磁界シールド装置５０の展開時に被覆導線３ａｂに加わる応力を緩和する。

図３は、ロッド立上げ機構６ｂの外観を表す図である。ロッド立上げ機構６ｂの内部でロッド本体８ｂの下方にはロッド立上げ用ばね６２が設置されている。ロッド立上げ用ばね６２は、ロッド回転軸６１を軸としてロッド本体８ｂを立ち上げる方向の力を働かせる。押さえ機構６３は、当初、ロッド本体８ｂが立ち上がることを押さえており、磁界シールド装置５０を展開する際には、押さえ機構６３を破断する。

図４は、ロッド本体８ｂを立ち上げたときの外観図である。このように、ロッド立上げ機構６ｂ内部の押さえ機構６３を破断することで、ロッド本体８ｂを立ち上げさせることができる。

図５は、図１に示した太陽電池パネル１上に設けたロッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの４本のロッドを立上げ、磁界シールド装置５０を展開したときの外観図である。
図５のように、ロッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは太陽電池パネル１の受光面側の４隅に設置されており、ロッド２ａと２ｂ、２ｃと２ｄがそれぞれペアのロッドとなる。

ロッド２ａの先端部では、被覆導線３ａｂおよび４ａが電気的に接続される構造で固定されている。被覆導線３ａｂはロッド２ｂの先端部に接続されており、４ａはロッド２ａの内部から太陽電池パネル１の受光面に配線され、さらに太陽電池パネル１の受光面から裏面への貫通穴を通って裏面側に配線され、電気コネクタ５に接続されている。

ロッド２ｂの先端部で被覆導線３ａｂおよび４ｂが電気的に接続される構造で固定されており、被覆導線４ｂは被覆導線４ａと同様にロッド２ｂの内部を通って太陽電池パネル１の受光面から裏面へと配線され、電気コネクタ５に接続されている。

ロッド２ａと同様に、ロッド２ｃの先端部で被覆導線３ｃｄおよび４ｃが接続されており、被覆導線３ｃｄはロッド２ｄの先端部に接続され、被覆導線４ｃはロッド２ｃの内部を通って太陽電池パネル１の受光面から裏面へと配線され、電気コネクタ５に接続されている。

またロッド２ｂと同様に、ロッド２ｄの先端部で被覆導線３ｂｃおよび４ｄが電気的に接続される構造で固定されており、被覆導線４ｄはロッド２ｄの内部を通って太陽電池パネル１の受光面から裏面へと配線され、電気コネクタ５に接続されている。

ロッド２ａおよびロッド２ｂ、被覆導線３ａｂ、４ａおよび４ｂならびに電気コネクタ５によって、太陽電池パネルの受光面に対して垂直となる閉回路が形成される。同様に、ロッド２ｃおよびロッド２ｄ、被覆導線３ｃｄ、４ｃおよび４ｄならびに電気コネクタ５によって、閉回路ａｂと並行となる閉回路が形成される。

このようにして形成された閉回路の電流経路において、電気コネクタ５→被覆導線４ａ→ロッド２ａ→被覆導線３ａｂ→ロッド２ｂ→被覆導線４ｂ→電気コネクタ５の方向に定電流を流すことで、太陽電池パネル１の手前から奥へと向かう方向に閉回路を鎖交する磁界が発生する。
同様に、閉回路の電流経路において、電気コネクタ５→被覆導線４ｃ→ロッド２ｃ→被覆導線３ｃｄ→ロッド２ｄ→被覆導線４ｄ→電気コネクタ５の方向に定電流を流すことで、太陽電池パネル１の手前から奥に向かう方向に閉回路を鎖交する磁界が発生する。

このふたつの閉回路を鎖交する磁界によって、太陽電池パネルの受光面と平行な方向の磁界を太陽電池パネル１の受光面上方に形成することができる。

このように、太陽電池パネル１の受光面上方に太陽電池パネルの受光面と平行な方向の磁界を形成した状態で、例えば、図５の太陽電池パネル１の左側から受光面へ向かう方向に正電荷イオンが飛来した場合、図６に示すように、正電荷イオンの軌跡１１０は、磁界シールド装置５０により形成された磁界によって、太陽電池パネル１から離れる方向へローレンツ力が正電荷イオンに働く。

このようにして、本実施の形態に係る磁界シールド装置を備えた太陽電池パネルでは、太陽電池パネル１の方向に飛来した正電荷イオンが、太陽電池パネル１に衝突することを回避することできる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 太陽電池パネル、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ ロッド、３ａｂ、３ｃｄ ロッド先端のコネクタ間に接続される被覆導線、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 太陽電池パネルに取り付けられた被覆導線、５ 電気コネクタ、６ ロッド立上げ機構、７ ロッド先端のコネクタ、８ ロッド本体、５０ 磁気シールド装置、６１ ロッド回転軸、６２ ロッド立上げ用ばね、６３ 押さえ機構、１００ 磁界シールド装置付き太陽電池パネル、１０１ 衛星本体、１０２ アンテナリフレクタ、１１０ 正電荷イオンの軌跡。

Claims (3)

1. 衛星に搭載される太陽電池パネルの受光面に対し垂直となる方向に設置された２本で一対をなすロッドと、
   各々の前記ロッドに沿って張られた導線と、
   前記ロッドに沿って張られた導線と接続し、前記２本のロッドの上端の間、および下端の間を接続する導線とからなる閉回路と、
   前記閉回路に電流を流す電源とを備えることを特徴とする太陽電池パネル。
2. 前記衛星の打ち上げ前には、前記ロッドを、前記太陽電池パネルの受光面と平行なる向きに収納し、前記衛星の打ち上げ後に、前記ロッドを、前記太陽電池パネルの受光面に対し垂直となる方向に立上げる展開機構を備えることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
3. 前記衛星は、イオン加速装置を備えた推進装置を備え、
   前記推進装置から発射されるプラズマビームに含まれる正電荷イオンの軌跡を、前記閉回路に流れる電流により発生する磁界により変えることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池パネル。

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