KR20120063091A - 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법 - Google Patents

태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형상기억합금 소재의 스프링을 이용하여 태양전지판 전개시 충격하중이 걸리지 않도록 하여 위성체의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지는, 제 1 태양전지판과 결합되는 제 1 힌지 피팅과 제 2 태양전지판과 결합되는 제 2 힌지 피팅과 일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합되는 스틸 테이프 및 상기 제 1 힌지 피팅과 상기 제 2 힌지 피팅 사이를 가변하는 스프링을 포함한다.
이에 따라, 태양전지판의 전개속도를 일정하게 유지할 수 있게 되어 충격으로부터 태양전지판을 보호할 수 있다.

Description

태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법{Hinge for deployment solar panels and the method using the same}
본 발명은 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형상기억합금 소재의 스프링을 이용하여 태양전지판 전개시 충격하중이 걸리지 않도록 하여 위성체의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 관한 것이다.
우주구조물인 인공위성은 각 서브시스템에서 필요로 하는 동력을 공급하기 위해 태양전지판을 갖추고 있다. 이에 따라 인공위성이 발사체에 실려 우주궤도에 올려진 후에는 동력원 발생을 위한 태양전지판을 위성체의 잠금장치로부터 분리하여 전개시키게 된다. 이때 태양전지판이 잠금에서 분리되는 과정 및 전개되는 과정에서 충격하중이 가해지지 않도록 하여야 하며, 또한 우주공간은 기온 차가 극심한 극한 상황의 연속이므로 어떠한 상황에서도 안정된 동작을 하도록 설계되어야 한다.
종래의 태양전지판의 전개장치는 점성유체가 담긴 실린더와 토크를 발생시키는 코일 및 겹판스프링을 사용하여, 코일은 태양전지판의 회전 토크를 발생시키고, 점성유체는 회전 전개속도와 마지막 단계에서 충격을 완화시키는 것을 담당하고 있다. 그러나 이와 같은 전개장치는 실린더에 의한 태양전지판의 전개 속도를 맞추기가 어렵고, 이들 장치들은 기계 장치들로 이루어져 있기 때문에 우주공간에서의 안정성, 신뢰성을 충분히 제공하지 못하는 문제가 있다.
또한, 기존의 스트레인 에너지를 이용하는 스틸 테이프 타입의 태양전지판 전개용 힌지는 전개속도를 조절하는 것이 용이하지 않다. 이 경우 과도한 전개속도로 인한 충격으로 태양전지판에 부착된 태양전지의 구조적 안정성 저하나 태양전지판과 위성체에 장착하는 부분에서 갑작스러운 모멘트 하중 증대를 유발시킬 가능성이 있다. 따라서 이러한 과도한 전개 속도를 제어할 수 있는 힌지가 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 태양전지판 전개시 충격하중이 걸리지 않도록 하여 위성체의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있도록 하는 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지는, 제 1 태양전지판과 결합되는 제 1 힌지 피팅과 제 2 태양전지판과 결합되는 제 2 힌지 피팅과 일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합되는 스틸 테이프 및 상기 제 1 힌지 피팅과 상기 제 2 힌지 피팅 사이를 가변하는 스프링을 포함한다.
또한, 상기 스프링은 상기 제 1 힌지 피팅과 상기 제 2 힌지 피팅 사이에 장착될 수 있으며, 상기 스프링은 형상기억합금을 포함할 수 있다.
또한, 태양전지판 전개용 힌지는 상기 형상기억합금에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함할 수 있고, 상기 전원공급부는 태양전지판이 전개될 때에, 기설정된 초반 시간에 전원을 공급하고, 기설정된 후반 시간에 전원 공급을 중단할 수 있다.
또한, 상기 스틸 테이프는 스트레인 게이지가 장착될 수 있으며, 상기 스트레인 게이지의 스트레인에 따라서 상기 전원공급부에서 공급되는 전원이 달라질 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법은 제 1 힌지 피팅과 제 2 힌지 피팅 사이에 장착된 스프링에 전원을 공급하는 단계와 일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합된 스틸 테이프의 스트레인을 기설정된 값과 비교하는 단계와 상기 비교결과에 따라 전원공급량을 조절하는 단계와 상기 조절된 전원공급량에 따라 스프링의 강성이 변화하는 단계 및 상기 스프링의 강성 변화에 따라 스틸 테이프의 전개 속도가 조절되는 단계를 포함한다.
또한, 상기 스프링은 형상기억합금 소재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 의하면,
첫째, 태양전지판의 전개속도를 일정하게 유지할 수 있게 되어 충격으로부터 태양전지판을 보호할 수 있다.
둘째, 태양전지판의 전개속도를 일정하게 유지할 수 있게 되어 안정성과 신뢰성이 높아진다.
도 1은 본 발명에 따른 힌지가 접힌 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 형상기억합금으로 된 스프링의 강성 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 힌지가 전개된 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 힌지의 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법의 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 형상기억합금 소재의 스프링을 이용하여 태양전지판 전개시 충격하중이 걸리지 않도록 하여 위성체의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 태양전지판 전개용 힌지 및 그 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 힌지가 접힌 형상을 나타낸 도면으로, 상기 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지를 설명한다.
먼저, 태양전지판 전개용 힌지(100)는 제 1 태양전지판과 결합되는 제 1 힌지 피팅(110), 제 2 태양전지판과 결합되는 제 2 힌지 피팅(120), 일단에 상기 제 1 힌지 피팅(110)과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅(120)과 결합되는 스틸 테이프(130) 및 상기 제 1 힌지 피팅(110)과 상기 제 2 힌지 피팅(120) 사이를 가변하는 스프링(140)을 포함한다.
상기 스프링(140)은 상기 제 1 힌지 피팅(110)과 상기 제 2 힌지 피팅(120) 사이에 장착되며, 형상기억합금으로 이뤄질 수 있다. 형상기억합금은 어떤 형상의 재료를 임계온도보다 고온(형상기억처리 온도)에서 성형시킨 후 급냉하여 형상을 기억시킨다음 실온 부근에서 변형시키면 본래의 형상으로 되돌아가지는 않지만, 어떤 일정온도 이상으로 가열하면 변형이 없어져서 기억하고 있던 원래의 모양으로 되돌아가는 재료이다. 즉, 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아 오는 성질을 가진 합금으로 티탄?니켈 합금이 대표적이다.
도 2는 형상기억합금으로 된 스프링의 강성 변화를 나타낸 도면으로, 형상기억합금을 본원 발명처럼 스프링 타입으로 제작할 경우 강성변화를 유도할 수 있다. 이에 대해서는 하기에 다시 설명한다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지(100)는 상기 형상기억합금에 전원을 공급하는 전원공급부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 전원공급부(150)는 태양전지판(200)이 전개될 때에, 기설정된 초반 시간에 전원을 공급하고, 기설정된 후반 시간에 전원 공급을 중단한다.
예를 들어, 상기 스틸 테이브(130)는 스트레인 게이지가 장착된 것을 이용할 수 있는데, 상기 스트레인 게이지의 스트레인에 따라서 상기 전원공급부(150)에서 공급되는 전원을 달리하여 힌지의 스프링(140)의 강성 변화를 유도하여 태양전지판(200)이 전개되는 속도를 조절할 수 있도록 한다.
즉, 스틸 테이프(130)의 스트레인 게이지의 스트레인이 기설정된 수준 이상이면 태양전지판(200)의 전개 초기에 해당하고 전개가 진행될수록 스트레인 값은 줄어들게 되는데, 이를 이용하여 상기 태양전지판(200)이 전개가 시작되는 시기에 전원공급부(150)를 통하여 전원을 공급하면 형상기억합금 스프링(140)이 힌지(100)의 전개 속도를 조절할 수 있을 만큼 큰 강성이 갖게 된다.
동일한 원리로 상기 스틸 테이브(130)의 스트레인 게이지의 스트레인을 통해 기설정된 태양전지판(200)의 전개 후반 시간이 되면, 상기 전원공급부(150)는 전원 공급을 중단하여 상기 형상기억합금 스프링(140)의 강성을 상대적으로 작게하여 힌지(100)의 전개 강성이 태양전지판의 완전 전개에 작용할 수 있도록 한다. 도 3은 본 발명에 따른 힌지가 전개된 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 힌지의 실시예를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 태양전지판 전개용 힌지에 의해 태양전지판(200)이 완전 전개된 형상을 나타내고 있다. 이처럼, 스프링을 형상기억합금 소재를 이용하여 태양전지판이 전개되는 속도를 조절함으로써 태양전지판에 부착된 태양전지의 구조적 안정을 보장할 수 있고, 태양전지판과 위성체에 장착하는 부분에서 갑작스러운 모멘트 하중 증대를 막을 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법의 흐름도로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법을 설명한다.
먼저 제 1 힌지 피팅과 제 2 힌지 피팅 사이에 장착된 스프링에 전원을 공급하면(S10), 상기 스프링이 형상기억합금 소재로 이루어진 경우에 온도 변화에 의해서 기억된 형상으로 돌아간다. 이처럼 기억된 형상으로 돌아가는 복원력을 이용하여 스프링의 강성 변화를 유도한다.
다음으로, 일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합된 스틸 테이프의 스트레인을 기설정된 값과 비교(S20)하여 비교 결과에 따라 전원공급량을 조절한다(S30). 조절하는 방법에 대해서는 태양전지판 전개용 힌지에서 상술한 바이다. 이처럼 전원공급량을 조절함에 따라서 스프링의 강성이 변화하게되고(S40), 상기 스프링의 강성 변화에 따라 스틸 테이프의 전개 속도가 조절되게 된다(S50).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 힌지
110 제 1 힌지 피팅 120 제 2 힌지 피팅
130 스틸 테이프 140 스프링
150 전원공급부
200 태양전지판

Claims (8)

  1. 제 1 태양전지판과 결합되는 제 1 힌지 피팅;
    제 2 태양전지판과 결합되는 제 2 힌지 피팅;
    일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합되는 스틸 테이프; 및
    상기 제 1 힌지 피팅과 상기 제 2 힌지 피팅 사이를 가변하는 스프링;을 포함하는 태양전지판 전개용 힌지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은,
    상기 제 1 힌지 피팅과 상기 제 2 힌지 피팅 사이에 장착된 것을 특징으로 하는 태양전지판 전개용 힌지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은 형상기억합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지판 전개용 힌지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 형상기억합금에 전원을 공급하는 전원공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지판 전개용 힌지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전원공급부는,
    태양전지판이 전개될 때에, 기설정된 초반 시간에 전원을 공급하고, 기설정된 후반 시간에 전원 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 태양전지판 전개용 힌지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 스틸 테이프는,
    스트레인 게이지가 장착된 것을 특징으로 하고,
    상기 스트레인 게이지의 스트레인에 따라서 상기 전원공급부에서 공급되는 전원이 달라지는 것을 특징으로 하는 태양전지판 전개용 힌지.
  7. 제 1 힌지 피팅과 제 2 힌지 피팅 사이에 장착된 스프링에 전원을 공급하는 단계;
    일단에 상기 제 1 힌지 피팅과 결합되고, 타단에 상기 제 2 힌지 피팅과 결합된 스틸 테이프의 스트레인을 기설정된 값과 비교하는 단계;
    상기 비교결과에 따라 전원공급량을 조절하는 단계;
    상기 조절된 전원공급량에 따라 스프링의 강성이 변화하는 단계; 및
    상기 스프링의 강성 변화에 따라 스틸 테이프의 전개 속도가 조절되는 단계;를 포함하는 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스프링은 형상기억합금 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지를 이용하여 태양전지판을 전개시키는 방법.


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