KR101468997B1 - 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치 - Google Patents

테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양 전지판 사이에 구비되며, 상기 태양 전지판 사이의 각도를 변화시켜 전개하는 인공위성용 전개장치에 있어서, 높이 방향으로 형성된 복수개의 테잎 스프링 힌지와 상기 테잎 스프링 힌지 사이에 개재되어 배치되는 코일 스프링 힌지과 상기 테잎 스프링 힌지 및 상기 코일 스프링 힌지의 양단에 각각 구비되어 태양 전지판과 연결하는 연결부재를 포함하여 이루어지는 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치에 관한 것이다.

Description

테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치{Satellite for deployment apparatus using tape spring hinge and coil spring hinge}
본 발명은 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치에 관한 것으로, 인공위성이 일정 궤도에 진입하게 되면 인공위성에 접혀 고정되어 있던 복수개의 태양 전지판을 전개하는 전개장치에 관한 것이다.
종래의 인공위성용 태양전지판 또는 안테나 전개장치는 테잎 스프링 힌지 또는 코일 스프링 힌지가 사용되었으며, 테잎 스프링 힌지의 경우 구성이 단순하고 자체적으로 전개 및 고정이 가능하여 전개신뢰성이 높지만 전개토크가 낮은 관계로 주로 소형위성의 태양전지판 전개장치로 많이 사용되고 있다. 통상적으로 테잎 스프링 힌지는 전개각도 대비하여 발생하는 모멘트가 비선형이기 때문에 정확한 전개 특성을 파악하기 힘들어, 설계자 요구대로 전개장치의 전개특성을 변경하기가 매우 어렵다. 반면, 코일 스프링 힌지의 경우 전개특성이 전개각도 대비 선형적으로 변하기 때문에 특성을 예측하기가 매우 수월하며, 코일 스프링 힌지의 변경을 통하여 전개 모멘트를 쉽게 바꿀 수 있다. 다만 현재 개발된 코일 스프링 힌지의 경우 전개이후에 고정을 시켜주는 고정 장치가 없기 때문에 별도의 고정 장치 설계가 필요하다.
한국공개특허 제 2010-0020228호("힌지장치 및 이를 포함하는 인공위성", 이하 선행문헌1)는 인공위성으로부터 전개되는 태양 전지판을 인공위성에 전개 가능하게 연결시키는 힌지장치 및 이를 포함하는 인공위성에 관한 것이다. 선행문헌 1에 의한 인공위성은 인공위성 본체, 인공위성 본체와 연결되어 태양광을 받아 인공위성 본체의 전력을 발생시키는 태양 전지판, 그리고 인공위성 본체와 태양 전지판을 연결하는 힌지장치를 포함하며, 힌지장치는 인공위성 본체에 설치되는 제 1 힌지 브라켓, 태양 전지판에 설치되는 제 2 힌지 브라켓, 그리고 제 1 및 제 2 힌지 브라켓을 연결시키며 인공위성 본체와 태양 전지판이 상호 마주하는 접힘 상태에서 복원력을 발생시키는 연결수단을 포함한다. 하지만 상기 선행문헌 1의 전개장치는 코일 스프링 힌지가 적용된 것으로, 전개 이후에 별도의 고정 장치가 구비되어야하기 때문에 고정 장치의 설계가 필요한 단점이 있었다. 따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 인공위성용 전개장치의 개발이 필요한 실정이다.
특허: 한국공개특허 제 2010-0020228호("힌지장치 및 이를 포함하는 인공위성", 공개일 : 2010.02.22)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 테잎 스프링 힌지의 전개 모멘트 조절 문제와 코일 스프링 힌지의 고정 장치를 문제를 해결할 수 있는 전개장치를 제공하는데 있다.
본 발명은, 태양 전지판(100) 사이에 구비되어 상기 태양 전지판 사이(100)의 각도를 변화시켜 전개하는 인공위성용 전개장치에 있어서, 단면이 곡률을 가지며 상기 태양 전지판(100)의 전개방향으로 연장 형성된 금속 재질의 판 형태로 형성되고, 높이 방향으로 일정간격 이격 배치되어 형성되는 복수개의 테잎 스프링 힌지(210); 일정간격 이격 배치되는 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210) 사이에 개재 배치되는 코일 스프링 힌지(220); 상기 테잎 스프링 힌지(210) 및 상기 코일 스프링 힌지(220)의 양단에 구비되어 태양 전지판(100)과 연결하는 연결부재(230);를 포함하여 이루어진다.
또한, 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210)는 상기 태양 전지판(100)의 전개방향과 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210)는 두께방향을 따라 일정간격 이격되어 형성되는 다른 테잎 스프링 힌지(210)와 쌍을 이루어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 쌍을 이루는 상기 테잎 스프링 힌지(210)들은 오목면이 서로 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 스프링 힌지(220)는 브라켓(230a)에 의해 상기 연결부재(230)와 고정되고, 상기 브라켓(230a)은 복수개의 중공을 포함하며 상기 중공에 상기 코일 스프링이 회전끼움으로 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치에 관한 것으로, 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지가 함께 구비됨에 따라 테잎 스프링 힌지의 전개 모멘트 조절 문제와 코일 스프링 힌지의 고정장치 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 인공위성용 전개장치의 사시도
도 2는 인공위성에 전개되기 전의 태양 전지판의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 전개된 태양 전지판과 이를 고정하는 전개장치의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 인공위성용 전개장치의 사시도
도 5는 도 4의 브라켓 부분 확대도
도 6은 본 발명에 따른 전개 토크 그래프
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 인공위성용 전개장치의 사시도이며, 도 2는 인공위성에 전개되기 전의 태양 전지판의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전개된 태양 전지판과 전개장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 인공위성용 전개장치의 사시도이고, 도 5는 도 4의 브라켓 부분 확대도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전개 토크 그래프를 도시하고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 코일 스프링 힌지 인공위성용 전개장치에 관한 것으로, 코일 스프링 힌지가 힌지 브라켓에 고정되어 한쪽 힌지 브라켓은 인공위성 또는 태양 전지판에 부착되고 다른 한쪽 힌지 브라켓은 또 다른 태양 전지판에 고정되어 전개되게 된다.
종래기술 중 코일 스프링 힌지가 적용된 인공위성용 전개장치에는 전개 이후에 별도의 고정 장치를 구비해야하기 때문에 고정 장치의 설계가 필요한 단점이 있었다.
또한, 다른 종래 기술의 예로는 테잎 스프링 힌지로만 제작된 전개장치가 있다. 상기 테잎 스프링 전개장치는 구성이 단순하고 자체적으로 고정 및 전개가 가능해 전개신뢰성이 높지만 전개토크가 낮아 주로 작은 소형위성의 태양 전지판 전개장치로 사용되었으며, 설계자가 임의로 전개장치의 전개특성을 변경하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 기존의 전개장치로 사용되었던 테잎 스프링 힌지(210)의 전개 모멘트 조절 문제를 코일 스프링 힌지(220)를 함께 구비함으로써 해결할 수 있으며, 코일 스프링 힌지(220)는 별도의 고정 장치가 설계되어야 하는 번거로움을 해결할 수 있다.
도 2는 인공위성으로부터 전개되기 이전의 태양 전지판(100)의 사시도로, 인공위성의 태양 전지판(100)이 심하게 요동치며 발사되는 발사체 내에서 우주에 손상 없이 올라가려면 인공위성에 단단히 고정되어야 하기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지판(100)은 가지런히 접힌 후 인공위성 몸체에 고정되게 된다. 인공위성이 일정궤도에 진입하게 되면 인공위성 몸체에 고정되어 있던 태양 전지판(100)이 전개장치에 의해 전개된다.
본 발명은 기본적으로 테잎 스프링 힌지(210), 코일 스프링 힌지(220), 상기 테잎 스프링 힌지(210), 코일 스프링 힌지(220) 및 태양 전지판(100)을 고정하는 연결부재(230)를 포함하여 이루어져 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 태양 전지판(100) 사이에 구비되고, 상기 태양 전지판(100) 사이의 각도를 변화시키면서 전개하는 역할을 한다. 본 발명의 전개장치는 도 4에 도시된 좌표축을 참조하여 각 부에 대해 설명한다.
상기 테잎 스프링 힌지(210)는 금속 재질의 얇은 판으로 이루어지되, 단면이 곡률을 이루며 도 4에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지판(100)의 전개되는 방향을 기준으로 연장되어 형성되며, 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210)가 높이 방향(도 4 참조)으로 일정간격 배치되어 형성된다. 이때, 상기 태양 전지판(100)의 전개 효율을 높이기 위해 상기 테잎 스프링 힌지(210)는 상기 태양 전지판(100)의 전개방향과 평행한 방향으로 형성된다. 높이 방향으로 형성된 상기 테잎 스프링 힌지(210)는 두께 방향(도 4 참조)으로 일정간격 이격되어 형성되는 한 쌍의 테잎 스프링 힌지(210)를 포함하며, 두께방향으로 쌍을 이루는 상기 테잎 스프링 힌지(210)들은 오목면이 서로 마주보는 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 테잎 스프링 힌지(210)는 높이방향과 두께방향에 대하여 한 쌍으로 형성되는 것이 가장 효과적이나, 이는 일 실시예로서, 당업자에 의해 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
상기 코일 스프링 힌지(220)는 높이 방향으로 형성된 상기 복수개의 테잎 스프링 힌지(210) 사이에 단일 또는 복수개로 장착되거나, 상기 테잎 스프링 힌지(210)와 그 장착 위치가 서로 교환되어 단일 또는 복수개의 테잎 스프링 힌지(210)가 상기 복수개의 코일 스프링 힌지(220)사이에 장착되며, 상기 연결부재(230)의 양 끝단에 고정되어 형성된다. 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 코일 스프링 힌지(220)는 브라켓(230a)에 의해 상기 연결부재(230)와 고정되고, 상기 브라켓(230a)은 복수개의 중공을 포함하여 상기 코일 스프링 힌지(220)가 회전끼움으로 고정된다. 도면에 도시된 상기 코일 스프링 힌지(220)의 고정방법은 일 실시예로서, 당업자에 의해 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
상기 연결부재(230)는 상기 태양 전지판(100)의 상단과 하단에 고정되지만, 이는 일 실시예로 상기 태양 전지판(100) 중간에 고정되어 전개되어도 무관하다. 기본적으로 상기 연결부재(230)는 빔의 형태로 이루어져 있으며, 한쪽 끝단이 ㄷ자 형태로 형성된다. 상기 태양 전지판(100)은 ㄷ형태로 형성된 상기 연결부재(230)의 한쪽 끝단 부분에 삽입되어 고정된다.
도 6에는 본 발명의 테잎 스프링 힌지(210)의 전개 특성이 실선으로 도시되어 있으며, 상기 테잎 스프링 힌지(210)의 전개 모멘트는 D 모멘트와 E 모멘트의 합에 의하여 결정되나 주로 D 모멘트에 의해 결정되고, 전개 이후에 고정되는 것은 C 모멘트에 의해 좌우된다. 상기 테잎 스프링 힌지(210)의 경우 형상이 바뀌게 되면 C 모멘트와 D 모멘트가 동시에 바뀌는 문제가 발생하기 때문에 설계자가 C 모멘트를 고정하고, 전개 특성상 전개 모멘트 D를 조절하여 태양 전지판의 전개거동을 조절하기 매우 어렵다. 하지만 본 발명에서 제안한 바와 같이 상기 코일 스프링 힌지(220)를 추가로 적용할 경우 손쉽게 전개 모멘트를 조절할 수 있게 되어, 고정 모멘트는 테잎 스프링 힌지(210)에 의해 결정되며, 전개 모멘트는 테잎 스프링 힌지(210)와 코일 스프링 힌지(220)의 합에 의해 이루어진다.
따라서 본 발명에서는 전개특성의 예측이 수월한 코일 스프링 힌지(220)와 전개 신뢰성이 높은 테잎 스프링 힌지(210)를 함께 구비함으로써 테잎 스프링 힌지(210)로 형성된 전개장치 또는 코일 스프링 힌지(220)로 형성된 전개장치에 의한 문제점을 해결할 수 있는 전개장치를 제공하는데 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 인공위성
100 : 태양 전지판
200 : 전재장치
210 : 테잎 스프링 힌지
220 : 코일 스프링 힌지
230 : 연결부재
230a : 브라켓

Claims (5)

  1. 태양 전지판(100) 사이에 구비되어 상기 태양 전지판 사이(100)의 각도를 변화시켜 전개하는 인공위성용 전개장치에 있어서,
    단면이 곡률을 가지며 상기 태양 전지판(100)의 전개방향으로 연장 형성된 금속 재질의 판 형태로 형성되고, 높이 방향 및 두께방향을 따라 일정간격 이격 배치되고, 두께방향으로 쌍을 이루어 오목면이 서로 마주보는 형태로 배치되어 구성되는 복수개의 테잎 스프링 힌지(210);
    높이방향으로 일정간격 이격 배치되는 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210) 사이에 개재 배치되는 코일 스프링 힌지(220);
    상기 테잎 스프링 힌지(210) 및 상기 코일 스프링 힌지(220)의 양단에 구비되어 태양 전지판(100)과 연결하는 연결부재(230);를 포함하여 이루어지되,
    상기 코일 스프링 힌지(220)는
    브라켓(230a)에 의해 상기 연결부재(230)와 고정되고, 상기 브라켓(230a)은 복수개의 중공을 포함하며, 상기 중공에 상기 코일 스프링이 회전 끼움으로 고정되어, 상기 코일 스프링의 회전 끼움 정도에 따라 전개 모멘트가 조절되고,
    상기 테잎 스프링 힌지(210)는 고정 모멘트를 결정하며, 상기 테잎 스프링 힌지(210)와 코일 스프링 힌지(220)의 모멘트 합에 의해 전개 모멘트가 결정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치.
  2. 제 1항에 있어서, 복수개의 상기 테잎 스프링 힌지(210)는
    상기 태양 전지판(100)의 전개방향과 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테잎 스프링 힌지와 코일 스프링 힌지를 이용한 인공위성용 전개장치.
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