WO2023175858A1 - 展開型太陽電池パドル - Google Patents

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WO2023175858A1
WO2023175858A1 PCT/JP2022/012396 JP2022012396W WO2023175858A1 WO 2023175858 A1 WO2023175858 A1 WO 2023175858A1 JP 2022012396 W JP2022012396 W JP 2022012396W WO 2023175858 A1 WO2023175858 A1 WO 2023175858A1
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WO
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frame
frame unit
solar cell
film
cell paddle
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/012396
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English (en)
French (fr)
Inventor
慧 赤澤
亮一 荒木
俊一 川村
聡 川嶋
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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Priority to PCT/JP2022/012396 priority patent/WO2023175858A1/ja
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/20—Collapsible or foldable PV modules

Definitions

  • the present disclosure relates to a deployable solar cell paddle.
  • Solar array paddles which reduce the power generation of artificial satellites or space systems, are required to have various elements such as low cost, mass production, and storability.
  • Conventional rigid paddles have limitations in achieving these elements. For this reason, each company is expanding the development and application of flexible types that achieve a variety of high storage capabilities, keeping in mind the ability to mount multiple satellites on a rocket, which is directly linked to cost.
  • flexible paddles There are various types of flexible paddles, but they can be broadly divided into roll-out and flat-pack types. The characteristics of each are shown below.
  • a long flexible sheet containing solar cells is stored by being wrapped around a mandrel of a winding mechanism mounted on the satellite structure.
  • a flexible stem or mast made of carbon fiber sheets pays out and deploys the solar cell sheets. Rigidity during deployment is ensured by the stem or mast. Deployment power comes from the elastic energy of the stem or mast or from an actuator mounted at the base. Since the sheet is wound around the structure, the light-receiving surfaces of the cells do not face each other, so countermeasures against cell interference are easier than in a flat-pack type.
  • the roll-out type is suitable for large-scale applications, as it covers the ultra-large class (class with generated power of 25kW or more).
  • Patent Document 1 is a public publication regarding a large flat pack type paddle. Patent Document 1 uses a stem actuator extension for a large flat pack paddle. Patent Document 2 is a patent publication regarding a stem-free small roll-out paddle. Non-Patent Document 1 is a paper about a large roll-out paddle. The large roll-out paddle in this paper is of the stem self-extending type.
  • Patent Document 1 a stem is required to increase the size of the paddle
  • Patent Document 2 The mechanism for advancing the stem, whether it is an actuator or self-advancement, is complex, resulting in poor scalability and problems in terms of mass production and cost.
  • a stemless paddle is limited to small paddles because rigidity cannot be ensured when deployed (Patent Document 2).
  • the mandrel limits the height and volume when stored, so there is a problem with storage efficiency (Patent Document 1, Non-Patent Document 1).
  • the present disclosure aims to provide a flat-pack type solar battery paddle that does not require a stem or mast, can be made large, has excellent storage properties, has a simple configuration, and is suitable for mass production.
  • the deployable solar cell paddle includes a plurality of frame units.
  • Each frame unit of the plurality of frame units is A frame body having a frame shape, a film attached to the frame, appearing as a mounting surface in an opening formed by the frame shape of the frame, and having a plurality of solar cells mounted on the mounting surface; Equipped with
  • a flat pack type solar cell paddle that does not require a stem or a mast, can be made large, has excellent storage properties, has a simple configuration, and is suitable for mass production.
  • FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment when the deployable solar cell paddle 1 is deployed.
  • FIG. 3 is a diagram of Embodiment 1, showing a state in which the deployable solar cell paddle 1 is folded.
  • FIG. 2 is a diagram of Embodiment 1 and is a schematic diagram showing the structure of a frame body 20.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram of Embodiment 1, showing a film 30 attached to a frame body 20;
  • FIG. 3 is a diagram of Embodiment 1, showing a state in which the deployable solar cell paddle 1 is stored.
  • FIG. 6 is a diagram of Embodiment 1, showing a cross section taken along line DD in FIG. 5;
  • FIG. 3 is a diagram showing the frame unit 10 according to the first embodiment, with the solar cell 40 omitted.
  • FIG. 7 is a diagram of the first embodiment, showing three types of thermal deformation absorbing structures 60 in the EE cross section.
  • FIG. 3 is a diagram of the first embodiment, showing a protrusion 24 in a cross section taken along line DD.
  • FIG. 3 is a diagram of the first embodiment, showing a mechanical contact 25;
  • FIG. 4 is a diagram of the first embodiment, showing an output line 44 for extracting power from the frame unit 10.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram of the first embodiment, showing an elastic body 80 that generates deployment power of the deployable solar cell paddle 1;
  • FIG. 3 is a diagram of the first embodiment, showing a cross section taken along line FF in which a deployment delay mechanism 90 appears.
  • FIG. 3 is a diagram of the first embodiment, showing the deployment of the deployable solar cell paddle 1 by the deployment delay mechanism 90;
  • Embodiment 1 ***Explanation of configuration*** A deployable solar cell paddle 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the deployable solar cell paddle 1 when it is deployed.
  • FIG. 2 shows the deployable solar cell paddle 1 in a folded state.
  • the deployable solar array paddle 1 shown in FIG. 1 converts sunlight energy into electric power and supplies the converted electric power to a satellite or a space system.
  • the deployable solar cell paddle 1 includes a plurality of frame units 10. As shown in FIG. 1, each frame unit 10 of the plurality of frame units 10 is lined up in a straight line when deployed. FIG. 1 shows XYZ coordinates. In drawings where coordinates are indicated, the coordinates correspond.
  • a plurality of frame units 10 are comprised of two rows, a first row 101 and a second row 102, which face in a linear direction 103.
  • the XYZ coordinates when the deployable solar cell paddle 1 is deployed, the XY plane is a surface formed by a plurality of light-receiving surfaces, which will be described later, and the Y-axis direction is a linear direction 103.
  • the Z axis is one of the directions normal to the XY plane.
  • the first row 101 consists of 23 frame units 10.
  • the second row 102 also consists of 23 frame units 10.
  • the deployable solar cell paddle 1 is composed of two rows, a first row 101 and a second row 102, but the deployable solar cell paddle 1 may be composed of one row or three or more rows. Good too.
  • the first row 101 and the second row 102 are configured with 23 frame units 10, the number of frame units 10 constituting the rows is not limited.
  • FIG. 1 shows an enlarged view of a region 501 and an enlarged view of a region 502 of the deployable solar cell paddle 1.
  • the enlarged view of region 501 shows the hinge connection between one frame unit 10 and the other frame unit 10.
  • the enlarged view of region 502 shows one frame unit 10 in which a plurality of solar cells 40 are arranged.
  • one frame unit 10 is coupled to the other adjacent frame unit 10 by a hinge 50 when expanded. The same applies to the second column 102.
  • one frame unit 10 overlaps the other frame unit 10 by rotating around the hinge 50 so as to cover the other frame unit 10.
  • the plurality of frame units 10 can be stored in layers by one frame unit 10 covering the other frame unit 10.
  • the position of the hinge 50 is alternately located at the top of the mountain and the bottom of the valley of the plurality of frame units 10, so that the solar cell paddle 1 is finally stacked in layers and folded.
  • the direction of the top of the mountain is in the Z-axis direction
  • the direction of the valley of the mountain is in the opposite direction to the Z-axis direction.
  • each frame unit 10 of the plurality of frame units 10 includes a frame 20 and a film 30.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the frame 20.
  • the frame body 20 has a frame shape.
  • the frame body 20 is composed of a beam having a simple cross-sectional shape from the viewpoint of mass production.
  • the beam can be made of metal or carbon fiber.
  • the frame body 20 is configured to have a polygonal shape, for example, by combining a plurality of beams by mechanically fastening or bonding.
  • the frame body 20 shown in FIG. 3 includes a plurality of beams each having an L-shaped cross section and is formed into a square frame shape. Note that the L-shaped cross section is an example, and the cross-sectional shape is not limited.
  • FIG. 3 shows an AA cross section and a BB cross section. In the frame body 20, the frame shape forms an opening 21.
  • FIG. 4 shows the film 30 attached to the frame 20.
  • the solar cell 40 is omitted.
  • FIG. 4 shows the film 30 in a C1-C1 cross section, a C2-C2 cross section, and in a developed state.
  • the C1-C1 cross section and the C2-C2 cross section correspond to the AA cross section and the BB cross section in FIG.
  • the film 30 is made of a polymer material.
  • the film 30 is shown in broken lines. In the drawings below, the film 30 may be indicated by a broken line.
  • the film 30 is attached to the frame 20.
  • the film 30 appears as a mounting surface 31 in the opening 21 formed in the frame shape of the frame body 20.
  • a plurality of solar cells 40 are mounted on the mounting surface 31 of the film 30.
  • a plurality of solar cells 40 are mounted on the mounting surface 31 of the film 30.
  • a plurality of solar cells 40 arranged on the film 30 of one frame unit 10 constitute an electric circuit 43.
  • Each of the plurality of trapezoid shapes shown in the frame unit 10 of FIG. 1 is a solar cell 40.
  • the electric circuit 43 outputs solar power from an output line 44.
  • the output line 44 will be described later.
  • the frame body 20 can be constructed by mechanically fastening metal or carbon fiber beams that are simple and have the same cross-sectional shape and are mass-producible. Therefore, it is easy to ensure the rigidity of the beam, and the thickness of the frame unit 10, which corresponds to one panel, can be reduced. In other words, the thickness of the frame 20 can be reduced.
  • a plurality of solar cells 40 are mounted on the film 30. This configuration allows continuous production compared to a rigid panel type in which productivity is divided into panels. Therefore, low cost and mass productivity can be ensured.
  • FIG. 5 shows the deployable solar cell paddle 1 when it is stored.
  • FIG. 6 shows a cross section taken along line DD in FIG. Referring to the lowermost frame unit 10 in FIG. 6, the mounting surface 31 of the film 30 is located below the frame 20 in the downward direction 34, which is the direction from the mounting surface 31 to the back surface 32 of the mounting surface 31. do. The back surface of the light receiving surface 41 of each solar cell 40 of the plurality of solar cells 40 is attached to the mounting surface 31. As shown in FIG. 6, taking one frame unit 10 second from the top and the other frame unit 10 third from the top as an example, when stored, the light receiving surface 41 of each solar cell 40 The entire light-receiving surfaces 42 formed by are opposed to each other.
  • the plurality of solar cells 40 can be arranged on the downward side 34, as in the lowermost frame unit 10 in FIG. Therefore, when stored in FIG. 6, the entire light-receiving surfaces 42 face each other, but the following effects are obtained.
  • the direction from the mounting surface 31 to the back surface 32 of the mounting surface 31 is the downward direction 34, so in the frame units 10 such as the second and fourth from the top in FIG. The unit 10, the downward direction 34, and the opposite direction described later are reversed.
  • the light receiving surface 41 of the solar cell 40 is covered with a cover glass to prevent radiation deterioration in the space environment. Therefore, the cover glass covering the light-receiving surface 41 has a high risk of mechanical damage due to contact with other components in the vibration environment during rocket launch.
  • the mounting surface 31 of the film 30 is located below the frame 20 in the downward direction 34, which is the direction from the mounting surface 31 to the back surface 32 of the mounting surface 31, the distance between the opposing overall light-receiving surfaces 42 is can be increased to some extent.
  • the light receiving surface spacing 45 between the overall light receiving surfaces 42 is set to be at least twice the thickness of the frame 20.
  • the thickness of the frame 20 is the maximum width 36 in the downward direction 34 and the opposite direction 35 of the downward direction 34, referring to the lowermost frame unit 10 in FIG.
  • the surfaces opposite to the light-receiving surfaces 41 of the solar cells 40 can be placed back to back with each other through the respective films 30, and the interval between the entire light-receiving surfaces 42 is 2 times the thickness of the frame 20. You can secure more than double the amount.
  • FIG. 7 shows the frame unit 10 with the solar cell 40 omitted.
  • FIG. 8 shows three types of thermal deformation absorbing structure 60 in the EE cross section.
  • the deployable solar cell paddle 1 includes a thermal deformation absorbing structure 60 as an attachment structure for the film 30 and the frame 20, which releases thermal deformation of the film 30 with respect to the frame 20.
  • the thermal deformation absorbing structure 60 is a structure in which the film 30 is attached to the frame 20 over the entire circumference of the frame 20.
  • FIG. 8 shows that one of three types, Type 1 to Type 3, is used in the EE cross section.
  • the EE cross section is a cross section adopted for explanation, and a plurality of three types, Type 1 to Type 3, are arranged around the entire circumference of the frame 20.
  • the thermal deformation absorbing structure 60 includes a type 1 hook and loop fastener structure 61.
  • the hook-and-loop fastener structure 61 attaches the film hook-and-loop fastener 70b, which is a hook-and-loop fastener attached to the film 30, to the frame hook-and-loop fastener 70a, which is a hook-and-loop fastener attached to the frame 20, thereby attaching the film 30 to the frame body 20. Attach.
  • Type 1 in FIG. 8 shows a hook-and-loop fastener structure 61.
  • the thermal deformation absorbing structure 60 mainly uses a hook-and-loop fastener structure 61, and mechanical fastening methods shown in FIG. 8 as types 2 and 3 are also used as attachment aids. Both types 2 and 3 may be used together, or either one of them may be used together.
  • Types 2 and 3 have a structure in which the shaft portion 23 of a shaft body 22 having a shaft portion 23 and attached to the frame body 20 passes through a through hole 33 formed in the film 30 .
  • Type 2 has a structure in which the shaft portion 23 of a pin 26, which is a shaft body 22 having a shaft portion 23 and attached to the frame body 20, passes through a through hole 33 formed in the film 30.
  • Type 3 is a configuration using a set of screws 27 and nuts 28 or rivets.
  • Type 3 in FIG. 8 shows a set of a screw 27 and a nut 28.
  • a set of screws 27 and nuts 28 is adopted as type 3, as shown in FIG. It has a structure in which the shaft portion 23 of the screw 27 (No. 22) passes through it.
  • the screw 27 is attached to the frame 20 with a nut 28.
  • the shaft of the rivet which is a shaft having a shaft and attached to the frame, passes through the through hole 33 formed in the film 30, similar to the screw 27.
  • Type 3 It has a structure that allows For the type 3 mechanical fastening, a set of screws 27 and nuts 28 may be used, a rivet may be used, or both a set of screws 27 and nuts 28 and rivets may be used.
  • Type 2 is a loose attachment in which the film 30 is movable in the axial direction 29 in which the shaft portion 23 extends.
  • Type 3 is a tight installation in which the film 30 does not move in the axial direction 29.
  • the thermal deformation absorbing structure 60 mainly includes a hook-and-loop fastener structure 61 shown as type 1, and is assisted by mechanical fastening using a pin 26 shown as type 2, a set of screws 27 and nuts shown as type 3, a set of nuts, rivets, etc. Combined. Any combination of type 1 and type 2, type 1 and type 3, type 1, type 2, and type 3 may be used.
  • the hook-and-loop fastener structure 61 of type 1, which is the main fixing method, has flexibility in attaching the frame 20 and the film 30.
  • the hook-and-loop fastener structure 61 can release thermal deformation of the film 30 relative to the frame 20 due to differences in linear expansion of the constituent members under a thermal cycle environment in space.
  • Mechanical fastening such as Type 2 and Type 3 is used in combination, but the structure is such that the film 30 is allowed to move relative to the frame 20 against thermal deformation.
  • FIG. 9 shows a cross section taken along line DD in FIG.
  • the frame 20 has a protrusion 24.
  • the protrusion 24 of the frame 20 of one frame unit 10 is connected to the protrusion 24 of the frame 20 of the other frame unit 10 when the plurality of frame units 10 are housed in a layer.
  • the film 30 of the frame unit 10 and the film 30 of the other frame unit 10 are sandwiched and fixed.
  • the frame units 10 are expressed as frame units #1, #2, #3, and #4 in order from the top.
  • Each of the frames 20 of frame units #1, #2, #3, and #4 will be referred to as frames #1, #2, #3, and #4. Attention is paid to frame body #2 and frame body #3, and frame body #3 and frame body #4.
  • the overall light-receiving surfaces 42 of frame #2 and frame #3 face each other.
  • frame #2 has a protrusion 24 at an end in the stacking direction
  • frame #3 has a protrusion 24 at an end in the stacking direction opposite to frame #2. .
  • the film 30 of frame unit #2 and the film 30 of frame unit #3 are sandwiched and fixed by the protrusion 24 of frame #2 and the protrusion 24 of frame #3.
  • frame #3 and frame #4 the films on which the back surfaces of the entire light-receiving surface 42 are arranged face each other.
  • the protrusion 24 of the frame #3 is arranged between the frame #3 and the film 30, and the protrusion 24 of the frame #4 is arranged between the frame #4 and the film 30. be done.
  • the film 30 of the frame unit #3 and the film 30 of the frame unit #4 are fixed by being sandwiched between the protrusion 24 of the frame #3 and the protrusion 24 of the frame #4.
  • FIG. 10 shows the mechanical contact 25.
  • One frame unit 10 and the other frame unit 10 are provided with mechanical contacts 25 that transmit loads to each other when deployed.
  • FIG. 10 shows four frame units 10 in area 505 of FIG. In FIG. 10, the solar cell 40 is omitted.
  • the mechanical contact 25 is composed of a member 25A disposed on one frame 20 and a member 25B disposed on the other frame 20. Due to the mechanical contacts 25, the expanded shape of the expandable solar cell paddle 1 is maintained only by the rigidity of the frame 20. Further, the hinge 50 and the mechanical contact point 25 are configured to be able to receive a moment load by ensuring a spatial distance in the XY plane view.
  • each unit alone is not made of a rigid material having sufficient rigidity to constitute the entire paddle.
  • each unit is composed of a single film or a thin plate.
  • a support structure such as a mast or stem was essential to ensure rigidity during deployment.
  • the support structure there were disadvantages such as poor design scalability, unsuitability for mass production, complicated support structure and support structure deployment mechanism, high cost, and space consuming.
  • the configuration in which mechanical contacts 25 are provided eliminates the need for a support structure and its deployment mechanism. Essentially, each frame 20 is responsible for rigidity, and by creating a load path between the frames 20 by the mechanical contacts 25, the rigidity of the entire deployable solar cell paddle 1 is ensured. Therefore, it is possible to realize a deployable solar cell paddle 1 that is low cost, space saving, and excellent in mass productivity.
  • FIG. 11 shows an output line 44 that takes out power from the frame unit 10.
  • the plurality of solar cells 40 constitute an electric circuit 43.
  • the frame unit 10 includes an output line 44 connected to an electric circuit 43.
  • the output line 44 of each frame unit 10 is arranged along the side surface of the plurality of frame units 10 in the same direction 506, which is one direction in a straight line, when the plurality of frame units 10 are deployed.
  • an output line 44 connected to an electric circuit 43 constituted by a plurality of solar cells 40 is brought out from the side of the frame 20 and is made to run along the side surface of the frame 20.
  • the output lines 44 coming out of the frame 20 are routed toward the base of the deployable solar cell paddle 1, that is, in the same direction 506, without passing through any connectors or terminals.
  • the three frame units 10 in FIG. 11 are expressed as frame units #1, #2, and #3 from the left.
  • the output lines 44 of the frame units #1, #2, and #3 are expressed as output lines #1, #2, and #3, respectively.
  • Output line #1 runs along the side of frame unit #1
  • output lines #1 and #2 run along the side of frame unit #2
  • output line #1 runs along the side of frame unit #3. 1, #2, and #3 go along.
  • output lines #1, #2, #3, . . . , #N run along the side surface of frame unit #N.
  • the output wires are overlapped in the thickness direction, it will not be possible to mount the output wires in a flat pack where the thickness of the frame 20 is thin. The width of the bundle increases as it goes to the root.
  • Multiple output lines 44 going in the same direction 506 reach a satellite or space system.
  • the structure can be designed to be scalable with respect to the required power, and the construction period and cost can be reduced.
  • FIG. 12 shows an elastic body 80 that is arranged independently of the hinge 50 constituting the rotating shaft and generates the power for deploying the deployable solar cell paddle 1.
  • the deployable solar cell paddle 1 has an elastic body 80 that stores elastic energy for deploying one frame unit 10 relative to the other frame unit 10 when stored, and connects one frame unit 10 to the other frame unit 10. It is provided between the unit 10 and the unit 10.
  • a coil spring is shown as an example of the elastic body 80.
  • the elastic body 80 simplifies the configuration of the deployment mechanism realized by the hinge 50 and the elastic body 80. Therefore, cost reduction can be achieved. Moreover, since the deployment mechanism can be realized with a simple configuration of a combination of the hinge 50 and the elastic body 80, mass productivity of the deployable solar cell paddle 1 can be ensured. In addition, it was necessary to design each case depending on the size of the solar battery paddle. In this regard, in the deployable solar cell paddle 1, the sizing of the deployment torque can be accommodated by adjusting the number of elastic bodies 80 disposed between one frame unit 10 and the other frame unit 10. This allows for a configuration that is scalable to the size of the solar cell paddle. Therefore, unlike conventional solar battery paddle units, there is no need to design each time, and the construction period and cost can be reduced.
  • Deployment delay mechanism 90> 13 and 14 are diagrams illustrating the deployment delay mechanism 90.
  • FIG. 13 shows the FF cross section where the deployment delay mechanism 90 appears.
  • FIG. 14 shows deployment by the deployment delay mechanism 90.
  • the deployable solar cell paddle 1 starts with a start frame unit 10, which is a frame unit #1, which is located at one end of the layer when stored, and a start frame unit 10, which is the frame unit #1, which is located at the other end of the layer when stored.
  • the end frame unit #E is provided with a deployment delay mechanism 90 that sequentially starts the deployment operation from the start frame unit #1 toward the end frame unit #E. The delayed deployment operation by the deployment delay mechanism 90 will be described with reference to FIG. 14.
  • the deployment delay mechanism 90 is realized by a plurality of hinges 50, a plurality of elastic bodies 80, a plurality of cams, and a plurality of rollers.
  • the frame unit 10 is expressed as frame unit #1.
  • a plurality of frame units 10 from frame unit #1 to frame unit #E are folded into layers.
  • the plurality of frame units 10 from frame unit #1 to frame unit #E are folded into layers in a stacking direction 507.
  • the frame unit #1 attempts to open by rotating around the hinge 50 by the elastic body 80 disposed between it and the frame unit #2.
  • the frame unit #1 is pressed in the stacking direction 507 by the pressing force 508, the frame unit #1 does not open.
  • the frame units after frame unit #2 do not open.
  • Frame unit #1 begins to open due to the elastic force of the elastic body 80.
  • Frame unit #2 attempts to open due to the elastic force of the elastic body 80 on the opposite side.
  • the cam 201 and roller 301 are engaged, and the cam 202 and roller 302 are also engaged.
  • frame unit #2 pushes frame unit #1, this force is received by cam 201 and roller 301, so frame unit #1 does not move upward.
  • Frame unit #1 continues to rotate.
  • (3) In state 2 the rotation of frame unit #1 releases the engagement between cam 201 and roller 301, and cam 201 and roller 301 receive the force of frame unit #2 pushing frame unit #1. I can't do it. Therefore, frame unit #2 starts rotating due to the elastic force of the elastic body 80 on the opposite side.
  • FIG. 14 shows the deployment delay mechanism 90 on the left side in a folded state
  • the same deployment delay mechanism 90 is also arranged on the right side. Therefore, the frame unit #1 opens, then the frame unit #2 opens, then the frame unit #3 opens, and so on, and so on, the frame unit 10 unfolds one after another.
  • the deployable solar cell paddle 1 has a deployment delay mechanism 90.
  • the deployment delay mechanism 90 is realized by a plurality of hinges 50, a plurality of elastic bodies 80, a plurality of cams, and a plurality of rollers.
  • Conventional solar array paddles are generally equipped with a synchronization mechanism to synchronize the overall movement. For this reason, adjustments were required during assembly, and design was required each time the solar cell paddle size changed.
  • the deployment delay mechanism 90 there is no need for design or adjustment after assembly each time. Therefore, it is possible to have a configuration that is scalable with respect to the paddle size, and the construction period and cost can be reduced.

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Abstract

展開型太陽電池パドル（１）は、収納された状態でロケットに搭載されて、宇宙空間で展開する。展開型太陽電池パドル（１）は複数の枠体ユニット（１０）を備える。各枠体ユニット（１０）は、枠体（２０）と、フィルム（３０）とを備える。枠体（２０）は、枠形状をなす。フィルム（３０）は、枠体（２０）に取り付けられる。フィルム（３０）は、枠体（２０）のなす枠形状で形成される開口に実装面として現れ、実装面に複数の太陽電池セル（４０）が実装される。展開型太陽電池パドル（１）によれば、従来広く使用されているリジットパネル型の太陽電池パドルと比較して、低コスト、省スペース、量産性に優れる効果が得られる。

Description

展開型太陽電池パドル
　本開示は、展開型太陽電池パドルに関する。
人工衛星または宇宙用システムの電力発生減である太陽電池パドルには、低コスト、量産、収納性のような各要素が求められている。
　これら要素を実現するためには、従来のリジッド型パドルでは限界がある。
このため、コストに直結するロケットへの複数衛星搭載を念頭に、各社、様々な高収納性を実現するフレキシブル型の開発と適用を拡大させている。
　フレキシブル型パドルの方式は細分化すると様々あるが、大別してロールアウト型とフラットパック型に分かれる。それぞれの特徴は以下に示す通りである。
＜ロールアウト型＞
　太陽電池セルを実装した柔軟な長いシートを、衛星構体に搭載される巻き取り機構のマンドレルに巻き付けて収納する。
　炭素繊維のシートで構成された柔軟なステムもしくはマストによって、太陽電池セルシートを繰り出して展開する。
　展開時の剛性はステムもしくはマストによって確保される。
　展開動力はステムもしくはマストの弾性エネルギーあるいは根元に搭載されるアクチュエータによる。
　シートを巻き付ける構成のため、セルの受光面同士が向き合うことが無いので、セルの干渉対策がフラットパック型に対して容易である。ロールアウト型は超大型クラス（発生電力２５ｋＷ以上のクラス）もカバーするなど大型化に向いている。
大型になればなるほど電力規模に対して展開機構及び支持機構のコスト、質量の占める割合が小さくなるため、コストと質量にメリットがある。
　一方、太陽電池セルシートの巻き取りのマンドレルが必須の為、これが収納時高さ及び収納時容積の制約になること、展開機構が比較的複雑になることから、スケーラビリティに劣る。
＜フラットパック型＞
　太陽電池セルを実装した柔軟なシートもしくは薄板を短冊状に連ねて屏風状に収納する。各展開軸に実装されたバネで展開するものと、ロールアウト型のようにステムもしくはマストで展開するものが存在する。大型化するためには展開時の剛性が課題となる。このため、現在世の中に存在する大型のフラットパック型は、ほぼすべてステムもしくはマストを有している。フラットパック型は、シート巻取り用のマンドレルが不要なので、収納時高さ及び収納時容積を小さくできる。
　ステムまたはマストを不要の構成とすれば、スケーラビリティに優れるため、コスト及び量産性に優れる。一方、ロールアウト型がカバーするような超大型クラスにはコスト及び質量の観点から不利である。
米国公開公報第２０１８／０３０９００８号 米国特許第１０１８９５８２号
：Ｂａｏ　Ｈｏａｎｇ；　Ｓｔｅｖｅ　Ｗｈｉｔｅ；　Ｂｒｉａｎ　Ｓｐｅｎｃｅ；　Ｓｔｅｖｅｎ　Ｋｉｅｆｅｒ，　"Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ’　ｒｏｌｌ－ｏｕｔ　ｓｏｌａｒ　ａｒｒａｙ　（ＲＯＳＡ）　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｌｏｒａｌ　（ＳＳＬ）　ｓｏｌａｒ　ａｒｒａｙｓ"　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，３０　Ｊｕｎｅ　２０１６．
　特許文献１は、大型のフラットパック型パドルについての公開公報である。特許文献１は大型のフラットパック型パドルはステムアクチュエータ伸展を用いる。
特許文献２は、ステムフリーの小型ロールアウト型パドルについての特許公報である。
非特許文献１は、大型ロールアウト型パドルについての論文である。
この論文の大型ロールアウト型パドルは、ステム自己伸展のタイプである。
前述の通り、パドルを大型にするためにはステムが必要となる（特許文献１、非特許文献１）。アクチュエータであれ自己進展であれステムを進展する機構が複雑になるため、スケーラビリティに劣り量産性、コストの観点に課題がある。ステムレスにするのは、展開時剛性が確保できないので小型のパドルに限られる（特許文献２）。
　巻き取り用のマンドレルを採用する場合は、マンドレルが収納時高さ、容積の制約となるので、収納率に課題がある（特許文献１、非特許文献１）。
　本開示は、ステム及びマストを不要とし、大型化が可能であり、収納性にすぐれ、構成の簡易で、量産に適した、フラットパック型の太陽電池パドルの提供を目的とする。
　本開示に係る展開型太陽電池パドルは、複数の枠体ユニットを備える。
　前記複数の枠体ユニットの各枠体ユニットは、
　枠形状をなす枠体と、
　前記枠体に取り付けられ、前記枠体のなす前記枠形状で形成される開口に実装面として現れ、前記実装面に複数の太陽電池セルが実装されたフィルムと、
を備える。
　本開示によれば、ステム及びマストを不要とし、大型化が可能であり、収納性にすぐれ、構成の簡易で、量産に適した、フラットパック型の太陽電池パドルを提供できる。
実施の形態１の図で、展開型太陽電池パドル１の展開時の斜視図。 実施の形態１の図で、展開型太陽電池パドル１が折りたたまれる状態を示す図。 実施の形態１の図で、枠体２０の構造を示す概略図。 実施の形態１の図で、枠体２０に取り付けられたフィルム３０を示す図。 実施の形態１の図で、展開型太陽電池パドル１の収納時を示す図。 実施の形態１の図で、図５のＤ－Ｄ断面を示す図。 実施の形態１の図で、太陽電池セル４０を省略した枠体ユニット１０を示す図。 実施の形態１の図で、Ｅ－Ｅ断面における３つのタイプの熱変形吸収構造６０を示す図。 実施の形態１の図で、Ｄ－Ｄ断面における突起物２４を示す図。 実施の形態１の図で、機械的接点２５を示す図。 実施の形態１の図で、枠体ユニット１０から電力を取り出す出力線４４を示す図。 実施の形態１の図で、展開型太陽電池パドル１の展開動力を生む弾性体８０を示す図。 実施の形態１の図で、展開遅延機構９０が現れるＦ－Ｆ断面を示す図。 実施の形態１の図で、展開遅延機構９０による展開型太陽電池パドル１の展開を示す図。
　実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略または簡略化する。
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
　図１から図１４を参照して実施の形態１の展開型太陽電池パドル１を説明する。
＜１．基本構成＞
　図１、図２を参照して、展開型太陽電池パドル１の基本構成を説明する。
　図１は、展開型太陽電池パドル１の展開時の斜視図を示す。図２は、展開型太陽電池パドル１が折りたたまれる状態を示す。図１の展開型太陽電池パドル１は、太陽光エネルギーを電力に変換して、変換した電力を、衛星もしくは宇宙用システムに供給する。
　展開型太陽電池パドル１は、複数の枠体ユニット１０を備えている。図１に示すように、複数の枠体ユニット１０の各枠体ユニット１０は、展開時に直線状に並ぶ。図１にはＸＹＺ座標を記載している。座標が記載されている図面では、座標は対応する。図１の展開型太陽電池パドル１は、複数の枠体ユニット１０が、直線方向１０３へ向かう第１列１０１と、第２列１０２の二つの列からなる。ＸＹＺ座標では、展開型太陽電池パドル１の展開時において、ＸＹ平面は、後述する複数の受光面によって形成される面をＸＹ平面としており、Ｙ軸方向は直線方向１０３である。Ｚ軸は、ＸＹ平面の法線の方向の一方である。
　第１列１０１は、２３の枠体ユニット１０からなる。第２列１０２も、２３の枠体ユニット１０からなる。展開型太陽電池パドル１は、第１列１０１と第２列１０２との２列からなるが、展開型太陽電池パドル１は、１列で構成されてもよいし、３列以上で構成されてもよい。また、第１列１０１及び第２列１０２は、２３の枠体ユニット１０で構成される例を示しているが、列を構成する枠体ユニット１０の数は、限定されない。
　直線方向１０３で展開時に隣接する２つの枠体ユニット１０のそれぞれを、一方の枠体ユニット１０、他方の枠体ユニット１０と呼ぶ場合がある。図１では展開型太陽電池パドル１の領域５０１の拡大図と、領域５０２の拡大図を示している。領域５０１の拡大図は、一方の枠体ユニット１０と、他方の枠体ユニット１０とのヒンジ結合を示している。領域５０２の拡大図は、複数の太陽電池セル４０が配置された、一つの枠体ユニット１０を示している。領域５０１の拡大図に示すように、第１列１０１では、一方の枠体ユニット１０は、展開時に隣接する他方の枠体ユニット１０に、ヒンジ５０で結合されている。
第２列１０２も同様である。
　図２に示すように、一方の枠体ユニット１０は、ヒンジ５０の回りに回転することによって、他方の枠体ユニット１０を覆うように他方の枠体ユニット１０に重なる。複数の枠体ユニット１０は、一方の枠体ユニット１０が他方の枠体ユニット１０を覆うことによって、層状に収納可能である。展開型太陽電池パドル１では、ヒンジ５０の位置が、複数の枠体ユニット１０の山の頂上、谷の底と交互に位置することで、最終的に層状に積層されて折りたたまれる。ここで山の頂上の方向はＺ軸方向あり、山の谷の方向はＺ軸方向と反対方向である。
　枠体ユニット１０を説明する。図１に示すように、複数の枠体ユニット１０の各枠体ユニット１０は、枠体２０と、フィルム３０とを備えている。
＜枠体２０＞
　図３は、枠体２０の構造を示す概略図である。枠体２０は、枠形状をなす。枠体２０は、量産性の観点から、シンプルな断面形状を持つ梁で構成する。梁は、金属もしくは炭素繊維を材料として用いることができる。枠体２０は複数の梁を、機械締結または接着にて組み合わせることで、例えば多角形に構成される。図３に示す枠体２０は、断面がＬ字の複数の梁で、四角の枠形状に形成されている。なお、断面Ｌ字は例であり、断面形状は限定されない。図３には、Ａ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面を示している。枠体２０では、枠形状が開口２１を形成している。
＜フィルム３０＞
　図４は、枠体２０に取り付けられたフィルム３０を示す。図４では太陽電池セル４０は省略している。図４では、Ｃ１－Ｃ１断面、Ｃ２－Ｃ２断面及び展開状態のフィルム３０を示している。Ｃ１－Ｃ１断面、Ｃ２－Ｃ２断面は図３のＡ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面に相当する。フィルム３０は、高分子材料で形成されている。図４では、フィルム３０は、破線で示している。以下の図面ではフィルム３０を破線で示す場合がある。フィルム３０は、枠体２０に取り付けられる。フィルム３０は、枠体２０のなす枠形状で形成される開口２１に実装面３１として現れる。図１のように、フィルム３０の実装面３１には複数の太陽電池セル４０が実装されている。
＜太陽電池セル４０＞
　複数の太陽電池セル４０は、フィルム３０の実装面３１に実装される。図１に示すように、一つの枠体ユニット１０のフィルム３０に配置される複数の太陽電池セル４０は、電気回路４３を構成する。図１の枠体ユニット１０に示す複数の台形形状の一つ一つが太陽電池セル４０である。電気回路４３は、太陽光発電の電力を出力線４４から出力する。出力線４４については後述する。
＜従来のリジットパネル型の課題＞
・リジットパネルは製造に工程が多いため、工期がかかりコスト高である。
・太陽電池セルの実装もパネル単位で実装する必要があり、連続的な製造ができないことから量産には不向きである。
・剛性強度を確保するために厚みを薄くすることに限界がある。
・衛星もしくは宇宙システムへの搭載に対して、省スペースにするためには１枚当たりのパネルサイズを小さくする必要があるので、リジットパネル型の太陽電池パドルではリジットパネルの厚みがネックとなる。リジットパネルの厚みを原因として、受光面積を確保しようとすると、屏風状に折りたたんで収納する際の、パネルの積層方向の収納高さが高くなりすぎてしまう。
＜基本構成による効果＞
・以上の構成とすることで、従来広く使用されているリジットパネル型と比較して、低コスト、省スペース、量産性に優れる性質が得られる。
・展開型太陽電池パドル１の構成では、枠体２０は、量産性を持ったシンプルな同一断面形状を持つ金属製もしくは炭素繊維製の梁を機械締結にて組み合わせることで構成できる。よって、梁の剛性確保が容易で、パネル一枚に相当する枠体ユニット１０の厚みを薄くすることができる。つまり、枠体２０の厚みを薄くすることができる。
・展開型太陽電池パドル１では、フィルム３０に、複数の太陽電池セル４０が実装される。この構成によって、生産性がパネル毎に区切られていたリジットパネル型と比較して連続的に製造できる。
　このため安価且つ量産性が確保できる。
＜２．受光面どうしの間隔＞
　図５は、展開型太陽電池パドル１の収納時を示す。図６は、図５のＤ－Ｄ断面を示す。
　図６の最も下の枠体ユニット１０を参照すると、フィルム３０の実装面３１は、実装面３１から実装面３１の裏面３２に向かう方向である下方向３４において、枠体２０よりも下方に位置する。複数の太陽電池セル４０の各太陽電池セル４０は、受光面４１の裏面が実装面３１に取り付けられている。図６に示すように、上から２番目の一方の枠体ユニット１０と、上から３番目の他方の枠体ユニット１０とを例にとれば、収納時には、各太陽電池セル４０の受光面４１の形成する全体受光面４２どうしは、互いに対向する。この構成により、図６の最も下の枠体ユニット１０のように、複数の太陽電池セル４０は、下方向３４の側に配置できる。よって、図６の収納時には、全体受光面４２どうしが対向することになるが、以下の効果がある。なお、実装面３１から実装面３１の裏面３２に向かう方向が下方向３４となるので、図６の上から２番目、４番目のような枠体ユニット１０では、図６の最も下の枠体ユニット１０と、下方向３４と、後述する反対方向とは逆になる。
＜受光面間隔確保の効果＞
　太陽電池セル４０の受光面４１は、宇宙環境における放射線劣化を防ぐため、カバーガラスで覆われる。このため、受光面４１を覆うカバーガラスは、ロケットの打ち上げ時の振動環境における他の構成物との接触による、機械的損傷リスクが高い。しかし、フィルム３０の実装面３１は、実装面３１から実装面３１の裏面３２に向かう方向である下方向３４において、枠体２０よりも下方に位置するので、対向する全体受光面４２どうしの間隔をある程度大きくとることできる。よって、受光面を直接保護する部品または材料が無くとも、全体受光面４２どうしの空間的な距離確保によって、全体受光面４２どうしの接触、及び全体受光面４２の破損を防ぐことができる。よって、コスト及び量産性の点でメリットがある。
　また、図６において、展開型太陽電池パドル１の収納時には、全体受光面４２どうしの受光面間隔４５は、枠体２０の厚みの２倍以上になるようにする。ここで枠体２０の厚みとは、図６の最も下の枠体ユニット１０で説明すれば、下方向３４及び下方向３４の反対方向３５における最大幅３６である。図６に示すように、太陽電池セル４０の受光面４１の反対面は、それぞれのフィルム３０を介して背面合わせにでき、そして、全体受光面４２どうしの間隔は枠体２０の厚さの２倍以上に確保できる。これにより、展開型太陽電池パドル１の収納時において、隣接する枠体ユニット１０と、枠体ユニット１０との全体受光面４２どうしの間隔を保持できる。よってこの点からも上述の「フィルム３０の実装面３１は、下方向３４において、枠体２０よりも下方に位置する。」という構成と同様の効果がある。
＜３．枠体へのフィルムの熱変形吸収構造６０＞
　図７、図８を参照して、枠体２０へフィルム３０を取り付けるための熱変形吸収構造６０を説明する。
　図７は、太陽電池セル４０を省略した枠体ユニット１０を示す。
　図８は、熱変形吸収構造６０の含む、Ｅ－Ｅ断面における３つのタイプを示す。図７に示すように、展開型太陽電池パドル１は、フィルム３０と枠体２０との取り付け構造として、枠体２０に対するフィルム３０の熱変形を逃がす熱変形吸収構造６０を備える。熱変形吸収構造６０は、枠体２０の全周部分に関して、フィルム３０を枠体２０に取り付ける構造である。図８では、Ｅ－Ｅ断面に、タイプ１からタイプ３の３つのタイプのうち、いずれかのタイプが使用されることを示している。Ｅ－Ｅ断面は説明のために採用した断面であり、タイプ１からタイプ３の３タイプは、枠体２０の全周に複数配置される。熱変形吸収構造６０は、タイプ１の面ファスナ構造６１を含む。面ファスナ構造６１は、枠体２０に取り付けられた面ファスナである枠体面ファスナ７０ａに、フィルム３０に取り付けられた面ファスナであるフィルム面ファスナ７０ｂを張り付けることで、フィルム３０を枠体２０に取り付ける。
　図８のタイプ１は面ファスナ構造６１示す。熱変形吸収構造６０では面ファスナ構造６１を主とし、タイプ２、タイプ３として図８に示す機械締結方式を取り付けの補助として併用する。タイプ２、タイプ３の両方が併用されても良いし、いずれか一方が併用されてもよい。タイプ２及びタイプ３は、フィルム３０に形成された貫通孔３３に、軸部２３を有し枠体２０に取り付けられた軸体２２の軸部２３が貫通する構造である。タイプ２は、フィルム３０に形成された貫通孔３３に、軸部２３を有し枠体２０に取り付けられた軸体２２であるピン２６の軸部２３が貫通する構造である。
　タイプ３は、ねじ２７とナット２８の組、あるいはリベットを用いる構成である。図８のタイプ３では、ねじ２７とナット２８の組を示している。タイプ３としてねじ２７とナット２８の組を採用する場合には、図８に示すように、フィルム３０に形成された貫通孔３３に、軸部２３を有し枠体２０に取り付けられた軸体２２であるねじ２７の軸部２３が貫通する構造である。ねじ２７はナット２８で枠体２０に取り付けられている。またタイプ３としてリベットを採用する場合には、ねじ２７と同様に、フィルム３０に形成された貫通孔３３に、軸部を有し枠体に取り付けられた軸体であるリベットの軸部が貫通する構造である。タイプ３である機械締結として、ねじ２７とナット２８の組を採用してもよいし、リベットを採用してもよいし、ねじ２７とナット２８の組とリベットとの両方を採用してもよい。
　タイプ２は、軸部２３の延びる軸方向２９に対して、フィルム３０が移動可能なルーズな取り付けである。これに対してタイプ３は、軸方向２９に対して、フィルム３０が移動しないタイトな取り付けである。
＜熱変形吸収構造６０の効果＞
　以上のように、枠体２０へのフィルム３０の取り付け方法は、熱変形吸収構造６０である。そして熱変形吸収構造６０は、タイプ１として示した面ファスナ構造６１を主とし、タイプ２として示したピン２６、タイプ３として示したねじ２７とナットの組、リベット等を用いる機械締結を補助として併用する。タイプ１とタイプ２との併用、タイプ１とタイプ３との併用、タイプ１とタイプ２とタイプ３との併用の、いずれでもよい。
　主たる固定方法であるタイプ１の面ファスナ構造６１は、枠体２０とフィルム３０との取り付けに柔軟性を持っている。面ファスナ構造６１は、宇宙における熱サイクル環境下での構成部材の線膨張差に起因する、フィルム３０の枠体２０に対する熱変形を逃がすことができる。タイプ２、タイプ３のような機械締結を併用するが、熱変形に対してフィルム３０が枠体２０に対して相対的に動くことを許容する構成とする。
　以上の構成により、従来のフレキシブル型に必須であった張力調整機構を不要とすることができる。よって枠体ユニット１０の構成がシンプルな構成となるため、コスト低減と量産性を確保できる。
＜４．突起物２４によるフィルム３０の固定＞
　図９を参照して、展開型太陽電池パドル１の収納時に、枠体２０の有する突起物２４により、フィルム３０を挟み込んで固定する構成を説明する。図９は、図５のＤ－Ｄ断面を示す。
　図９に示すように、枠体２０は、突起物２４を有する。一方の枠体ユニット１０の枠体２０の突起物２４は、他方の枠体ユニット１０の枠体２０の突起物２４と共に、複数の枠体ユニット１０が層状に収納された状態で、一方の枠体ユニット１０のフィルム３０と、他方の枠体ユニット１０のフィルム３０とを挟んで固定する。
　以下に詳しく説明する。図９において、上から順に枠体ユニット１０を、枠体ユニット＃１、＃２、＃３、＃４と表記する。枠体ユニット＃１、＃２、＃３、＃４の各枠体２０を、枠体＃１、＃２、＃３、＃４と表記する。枠体＃２と枠体＃３、及び、枠体＃３と枠体＃４、に着目する。枠体＃２と枠体＃３とでは、全体受光面４２どうしが対向する。領域５０３において、枠体＃２は、積層方向の端部に突起物２４を有し、枠体＃３は、枠体＃２に対向する側の積層方向の端部に、突起物２４を有する。
枠体ユニット＃２のフィルム３０と、枠体ユニット＃３のフィルム３０とは、枠体＃２の突起物２４と、枠体＃３の突起物２４によって挟まれて固定される。枠体＃３と枠体＃４とでは、全体受光面４２の裏面が配置されるフィルムどうしが対向する。
　領域５０４において、枠体＃３の突起物２４は、枠体＃３とフィルム３０との間に配置され、枠体＃４の突起物２４は、枠体＃４とフィルム３０との間に配置される。枠体ユニット＃３のフィルム３０と、枠体ユニット＃４のフィルム３０とは、枠体＃３の突起物２４と、枠体＃４の突起物２４によって挟まれて固定される。
＜突起物２４によるフィルム３０固定の効果＞
　展開型太陽電池パドル１の展開時においては、図８で述べたように、熱サイクルによる熱変形を逃がすために、枠体とフィルムを緩やかに固定する構成とする。さらに、展開型太陽電池パドル１の収納時、すなわちロケットによる打ち上げ時においては、枠体２０が突起物２４を有することで、フィルムは構造体である枠体２０に対して剛に固定される。
　このため、フィルム３０は、打ち上げ振動環境に耐えることができる。よって、フィルム３０ついては、打ち上げ時の振動に耐え得る簡易な構成と、図８で述べた、展開時の熱サイクルに耐え得る簡易な構成とを実現できる。
＜５．機械的接点＞
　図１０は、機械的接点２５を示す。一方の枠体ユニット１０と他方の枠体ユニット１０とは、展開時に互いに荷重を伝達する機械的接点２５を備える。
　以下に詳しく説明する。図１０に示すように、展開時に、隣接する枠体２０どうしにおいて互いに荷重を伝達する機械的接点２５を設ける。図１０は、図１の領域５０５の４枚の枠体ユニット１０を示す。図１０では太陽電池セル４０を省略している。機械的接点２５は、一方の枠体２０に配置された部材２５Ａと、他方の枠体２０に配置された部材２５Ｂとで構成される。機械的接点２５により、枠体２０の剛性のみによって、展開型太陽電池パドル１の展開形状を維持する。また、ヒンジ５０と機械的接点２５とは、ＸーＹ平面視において空間的な距離を確保することにより、モーメント荷重も受けることができる構成とする。
＜機械的接点の効果＞
　従来のフレキシブル型パドルは、各ユニットが単体ではパドル全体を構成するに十分な剛性をもった剛性物で構成されていない。例えば、各ユニットがフィルム単体あるいは薄板で構成されている。このため、展開時の剛性を確保するために、マストあるいはステムのような支持構造が必須であった。支持構造については、設計スケーラビリティが劣る、量産に適さない、支持構造及び支持構造の展開機構が複雑であり、高コスト、かつ、スペースを取るというデメリットがあった。しかし、機械的接点２５を設ける構成により、支持構造及びその展開機構を不要となる。本質的には、各枠体２０が剛性を受け持ち、機械的接点２５によって枠体２０と枠体２０との間の荷重パスを作ることにより、展開型太陽電池パドル１全体の剛性を確保する。このため、低コスト、省スペース、かつ量産性に優れる展開型太陽電池パドル１を実現できる。
＜６．展開時の配線配置＞
　図１１は、枠体ユニット１０から電力を取り出す出力線４４を示す。複数の太陽電池セル４０は、電気回路４３を構成する。枠体ユニット１０は、電気回路４３に接続する出力線４４を備えている。
　各枠体ユニット１０の出力線４４は、複数の枠体ユニット１０の展開時に、直線状における一方の方向である同一方向５０６へ、複数の枠体ユニット１０の側面に沿って配置される。
　以下に詳しく説明する。図１１に示すように、複数の太陽電池セル４０の構成する電気回路４３に接続する出力線４４を、枠体２０の辺から出して、枠体２０の側面に這わせる。枠体２０からでた出力線４４は、コネクタや端子を経由することなく、展開型太陽電池パドル１の根元に向かって、つまり、同一方向５０６に向かって引き回される。図１１の３つの枠体ユニット１０を左から、枠体ユニット＃１、＃２、＃３と表記する。枠体ユニット＃１、＃２、＃３の出力線４４を、それぞれ、出力線＃１、＃２、＃３と表記する。枠体ユニット＃１の側面には、出力線＃１が沿い、枠体ユニット＃２の側面には、出力線＃１、＃２が沿い、枠体ユニット＃３の側面には、出力線＃１、＃２、＃３が沿う。最終的には、枠体ユニット＃Ｎの側面には、出力線＃１、＃２、＃３、・・・、＃Ｎが沿う。つまり、厚み方向に出力線を重ねると、枠体２０の厚みを薄くとっているフラットパックでは実装不可になるので、展開型太陽電池パドル１では、出力線の束は平置きにして、出力線の束の幅が根元に行くにしたがって増える、という構成である。同一方向５０６に向かう複数の出力線４４は、衛星もしくは宇宙システムへ到達する。
＜出力線配置の効果＞
　従来、衛星もしくは宇宙用システムに電力を電送する構成は、各パネルに実装されたコネクタを連結する構成であった。従って必要電力に応じて太陽電池パドルのサイズが上がるほど部品点数が増え、且つサイズ応じて都度配線設計が必要となっていた。一方、図１１に示す出力線４４の構成によれば、枠体ユニット１０と枠体ユニット１０との間のワイヤ継ぎが不要であり、各枠体ユニット１０にはコネクタが不要である。よって、部品点数を削減し、性能の信頼性を確保するとともに、コスト低減を図ることができる。また、各枠体ユニットから衛星あるいは宇宙システムに向けて直接に出力線４４を出す構成とすることで、太陽電池パドルの必要電力に応じた回路設計及び配線設計が不要となる。
つまり、展開型太陽電池パドル１では必要電力に応じて枠体ユニット１０の数を調整することで、必要電力に応じた展開型太陽電池パドル１を柔軟に設計できる。
　よって展開型太陽電池パドル１によれば、必要電力に対して設計的にスケーラブルな構成とすることができ、工期及びコストを削減できる。
＜７．弾性体８０＞
　図１２は、回転軸を構成するヒンジ５０と独立して配置され、展開型太陽電池パドル１の展開動力を生む弾性体８０を示す。展開型太陽電池パドル１は、一方の枠体ユニット１０を他方の枠体ユニット１０に対して展開させる弾性エネルギーを収納の際に蓄える弾性体８０を、一方の枠体ユニット１０と他方の枠体ユニット１０との間に備える。図１２では弾性体８０の例としてコイルバネを示している。弾性体８０は、展開状態から、図２に示す収納状態となったときに、収納状態から展開状態への展開動作を生じさせる弾性エネルギーを蓄える。
＜弾性体８０を有する効果＞
　弾性体８０により、ヒンジ５０と弾性体８０とで実現される展開機構の構成がシンプルとなる。よって、コスト低減を実現できる。また、ヒンジ５０と弾性体８０との組み合わせという簡易な構成で展開機構を実現できるので、展開型太陽電池パドル１の量産性が確保できる。また、太陽電池パドルのサイズによって都度設計が必要であった。この点に関して、展開型太陽電池パドル１では、一方の枠体ユニット１０と他方の枠体ユニット１０との間に配置する弾性体８０の数を調整することで、展開トルクのサイジングに対応できる。これによって太陽電池パドルサイズに対してスケーラブルな構成とすることができる。従って、従来の太陽電池パドルユニットのように、都度設計は不要となり、また、工期及びコストを削減することができる。
＜８．展開遅延機構９０＞
　図１３、図１４は、展開遅延機構９０を説明する図である。
　図１３は、展開遅延機構９０が現れるＦ－Ｆ断面を示す。図１４は、展開遅延機構９０による展開を示す。
　図１４に示すように、展開型太陽電池パドル１は、層状の一方の端部に収納時に位置する枠体ユニット＃１であるスタート枠体ユニット１０から、層状の他方の端部に収納時に位置するエンド枠体ユニット＃Ｅについて、スタート枠体ユニット＃１から、エンド枠体ユニット＃Ｅに向けて、順次、展開動作を開始させる展開遅延機構９０を備える。図１４を参照して展開遅延機構９０による遅延展開動作を説明する。
　展開遅延機構９０は、複数のヒンジ５０、複数の弾性体８０、複数のカム、複数のローラによって実現される。枠体ユニット１０を枠体ユニット＃１のように表記する。図１４では、枠体ユニット＃１から枠体ユニット＃Ｅの複数の枠体ユニット１０が層状に折りたたまれている。枠体ユニット＃１から枠体ユニット＃Ｅの複数の枠体ユニット１０は、積層方向５０７に向かって層状に折りたたまれている。
（１）状態１において、枠体ユニット＃１は、枠体ユニット＃２との間に配置された弾性体８０によってヒンジ５０回りに回転して開こうとする。しかし、枠体ユニット＃１は積層方向５０７へ押さえ力５０８で押さえられているので、枠体ユニット＃１は開かない。この状態では枠体ユニット＃２以降の枠体ユニットは開かない。
（２）押さえ力５０８が除去される。枠体ユニット＃１が弾性体８０の弾性力で開き始める。枠体ユニット＃２は反対側の弾性体８０の弾性力で開こうとする。しかし、カム２０１とローラ３０１がかみ合っており、カム２０２とローラ３０２もかみ合っている。枠体ユニット＃２が枠体ユニット＃１を押した場合、この力をカム２０１とローラ３０１が受けるので、枠体ユニット＃１は上方へ移動しない。枠体ユニット＃１は回転を続ける。
（３）状態２において、枠体ユニット＃１の回転により、カム２０１とローラ３０１とのかみ合い解除され、カム２０１とローラ３０１は、枠体ユニット＃２が枠体ユニット＃１を押す力を受けられない。よって、枠体ユニット＃２は、反対側の弾性体８０の弾性力で回転を開始する。状態は状態２から状態３へ移る。図１４では、層状に折りたたまれた状態における左側の展開遅延機構９０を示しているが右側にも同じ展開遅延機構９０が配置されている。このため、枠体ユニット＃１が開き、次に枠体ユニット＃２が開き、次に枠体ユニット＃３が開き、・・・のように、枠体ユニット１０が順次展開していく。
＜展開遅延機構９０の効果＞
　図１４に示すように、展開型太陽電池パドル１は展開遅延機構９０を有する。展開遅延機構９０は、複数のヒンジ５０、複数の弾性体８０、複数のカム、複数のローラの全体で、実現される。従来の太陽電池パドルでは、全体の動きを同期するために同期機構を搭載していることが一般的である。このため組立て時の調整が必要であり、太陽電池パドルサイズが変わると都度設計が必要であった。展開遅延機構９０によれば、都度設計や組立て後の調整が不要となる。よって、パドルサイズに対してスケーラブルな構成とすることができ、工期及びコストを削減することができる。
　１　展開型太陽電池パドル、１０　枠体ユニット、２０　枠体、２１　開口、２２　軸体、２３　軸部、２４　突起物、２５　機械的接点、２６　ピン、２７　ねじ、２８　ナット、２９　軸方向、３０　フィルム、３１　実装面、３２　裏面、３３　貫通孔、３４　下方向、３５　反対方向、４０　太陽電池セル、４１　受光面、４２　全体受光面、４３　電気回路、４４　出力線、４５　受光面間隔、５０　ヒンジ、６０　熱変形吸収構造、６１　面ファスナ構造、７０ａ　枠体面ファスナ、７０ｂ　フィルム面ファスナ、８０　弾性体、９０　展開遅延機構、１０１　第１列、１０２　第２列、１０３　直線方向、２０１，２０２　カム、３０１，３０２　ローラ、５０１，５０２，５０３，５０４，５０５　領域、５０６　同一方向、５０７　積層方向、５０８　押さえ力。

Claims (10)

  1. 　展開型太陽電池パドルにおいて、
    　複数の枠体ユニットを備え、
    　前記複数の枠体ユニットの各枠体ユニットは、
    　枠形状をなす枠体と、
    　前記枠体に取り付けられ、前記枠体のなす前記枠形状で形成される開口に実装面として現れ、前記実装面に複数の太陽電池セルが実装されたフィルムと、
    を備える展開型太陽電池パドル。
  2. 　各枠体ユニットは、
    　展開時に直線状に並び、
    　一方の枠体ユニットは、
    　展開時に隣接する他方の枠体ユニットにヒンジで結合されており、
    　前記一方の枠体ユニットは、
    　前記ヒンジの回りに回転することによって、前記他方の枠体ユニットを覆うように前記他方の枠体ユニットに重なり、
    　前記複数の枠体ユニットは、
    　前記一方の枠体ユニットが前記他方の枠体ユニットを覆うことによって、層状に収納可能である請求項１に記載の展開型太陽電池パドル。
  3. 　前記フィルムの前記実装面は、
    　前記実装面から前記実装面の裏面に向かう方向である下方向において、前記枠体よりも下方に位置し、
    　前記複数の太陽電池セルの各太陽電池セルは、
    　受光面の裏面が前記実装面に取り付けられており、
    　前記一方の枠体ユニットと、前記他方の枠体ユニットとは、
    　収納時に、各太陽電池セルの受光面の形成する全体受光面どうしが対向する請求項２に記載の展開型太陽電池パドル。
  4. 　前記展開型太陽電池パドルは、
    　前記フィルムと前記枠体との取り付け構造として、
    　前記枠体に対する前記フィルムの熱変形を逃がす熱変形吸収構造を備える請求項２または請求項３に記載の展開型太陽電池パドル。
  5. 　前記熱変形吸収構造は、
    　前記枠体に取り付けられた面ファスナである枠体面ファスナに、前記フィルムに取り付けられた面ファスナであるフィルム面ファスナを張り付けることで、前記フィルムを前記枠体に取り付ける面ファスナ構造を含む請求項４に記載の展開型太陽電池パドル。
  6. 　前記枠体は、
    　突起物を有し、
    　前記一方の枠体ユニットの前記枠体の前記突起物は、
    　前記他方の枠体ユニットの前記枠体の前記突起物と共に、前記複数の枠体ユニットが層状に収納された状態で、前記一方の枠体ユニットの前記フィルムと、前記他方の枠体ユニットの前記フィルムとを挟んで固定する請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の展開型太陽電池パドル。
  7. 　前記一方の枠体ユニットと前記他方の枠体ユニットとは、
    　展開時に互いに荷重を伝達する機械的接点を備える請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の展開型太陽電池パドル。
  8. 　前記複数の太陽電池セルは、
    　電気回路を構成し、
    　前記枠体ユニットは、さらに、
    　前記電気回路に接続する出力線を備え、
    　各枠体ユニットの出力線は、
    　前記複数の枠体ユニットの展開時に、前記直線状における一方の方向である同一方向へ、前記複数の枠体ユニットの側面に沿って配置される請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の展開型太陽電池パドル。
  9. 　前記展開型太陽電池パドルは、さらに、
    　前記一方の枠体ユニットを前記他方の枠体ユニットに対して展開させる弾性エネルギーを収納の際に蓄える弾性体を、前記一方の枠体ユニットと前記他方の枠体ユニットとの間に備える請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の展開型太陽電池パドル。
  10. 　前記展開型太陽電池パドルは、さらに、
    　前記層状の一方の端部に収納時に位置する枠体ユニットであるスタート枠体ユニットから、前記層状の他方の端部に収納時に位置するエンド枠体ユニットについて、前記スタート枠体ユニットから、前記エンド枠体ユニットに向けて、順次、展開動作を開始させる展開遅延機構を備える請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の展開型太陽電池パドル。
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