空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，特別涉及一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]1957年10月4日，前蘇聯(lián)用“衛(wèi)星”號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，開辟了人類進(jìn)入空間的新紀(jì)元。大多數(shù)航天器都利用太陽(yáng)為其提供必要的能量，將具有光電轉(zhuǎn)換特性的材料制作成太陽(yáng)能電池片并按一定順序排列安裝在結(jié)構(gòu)上就形成了太陽(yáng)能電池陣結(jié)構(gòu)。一般的，太陽(yáng)能電池陣結(jié)構(gòu)為一端與航天器相連，另一端自由伸展的外伸結(jié)構(gòu)。通常把這種結(jié)構(gòu)叫做太陽(yáng)能帆板或太陽(yáng)能電池翼。航天器在發(fā)射狀態(tài)時(shí)，太陽(yáng)能電池陣結(jié)構(gòu)處于收攏狀態(tài)，入軌后展開。因此這類結(jié)構(gòu)往往為多體結(jié)構(gòu)，且質(zhì)量較輕。航天器越大，需要的能量越多，太陽(yáng)能電池帆板的面積就越大，相應(yīng)結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜。太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)作為最常見、最典型的航天器機(jī)構(gòu)，人們對(duì)其功能、可靠性、使用壽命及力學(xué)性能等的要求越來越高。展開機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分將為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)提供主動(dòng)力(矩)，是機(jī)構(gòu)的核心部分。按照驅(qū)動(dòng)方式，展開機(jī)構(gòu)可以分為:彈簧驅(qū)動(dòng)方式、微電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式、液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)方式、自伸展驅(qū)動(dòng)方式。彈簧驅(qū)動(dòng)方式質(zhì)量輕，可靠性高，系統(tǒng)獨(dú)立，但是不可控，平穩(wěn)性差，不能重復(fù)展開；微電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式平穩(wěn)，可控，精度高，缺點(diǎn)是消耗電力資源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；液壓氣壓驅(qū)動(dòng)方式承載能力強(qiáng)，可靠性高但需另設(shè)氣體儲(chǔ)箱，且對(duì)氣密性有要求；自伸展驅(qū)動(dòng)方式能夠自鎖、自支承和自適應(yīng)但是還處于理論研宄階段，技術(shù)尚不成熟。目前太陽(yáng)能電池帆板主要是用彈簧展開機(jī)構(gòu)，但隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)航天器機(jī)構(gòu)在功能、精度、穩(wěn)定性以及可靠性方面的要求日益提高，彈簧展開機(jī)構(gòu)越來越不能滿足需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是:鑒于目前空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)的不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種全新的航天器用太陽(yáng)能電池帆板主動(dòng)展開機(jī)構(gòu)。在功能方面，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能電池帆板的多次可重復(fù)展開，展開過程平穩(wěn)，展開后能夠保持穩(wěn)定；此外，該展開機(jī)構(gòu)能夠?qū)μ?yáng)能電池帆板受到外界擾動(dòng)后產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行有效控制。在結(jié)構(gòu)方面，該展開機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有較高的集成性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易加工，質(zhì)量輕便，消耗電能相對(duì)較小。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為:
[0005]一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)部件、自鎖及阻尼部件、角度傳感器和連接部件組成，其中:驅(qū)動(dòng)部件由永磁體轉(zhuǎn)子(11)、轉(zhuǎn)軸(9 )、定子環(huán)(4 )、8個(gè)電磁體
(3)、第一 C型磁芯(6)、第二 C型磁芯(7)、線圈(5)組成；自鎖及阻尼部件由導(dǎo)磁彈片(15)構(gòu)成；角度傳感器為導(dǎo)電塑料電位器(8);連接部件為第一連接件(1)、第二連接件(2)、端蓋(12)、聯(lián)軸器(14)、關(guān)節(jié)殼體(10);線圈(5)纏繞在第一 C型磁芯(6)和第二 C型磁芯(7)上，第一 C型磁芯(6)和第二 C型磁芯(7)分別焊接在電磁體(3)上，每個(gè)電磁體(3)的兩面分別和定子環(huán)(4)和端蓋(12)固聯(lián)，永磁體轉(zhuǎn)子(11)和轉(zhuǎn)軸(9)固聯(lián)并位于電磁體(3)所形成的磁空間內(nèi)，第一連接件(I)和端蓋(12)固聯(lián)在一起，第二連接件(2)和轉(zhuǎn)軸(9)鏈接，導(dǎo)電塑料電位器(8)的轉(zhuǎn)軸(13)和永磁體轉(zhuǎn)子(9)通過聯(lián)軸器(14)和轉(zhuǎn)軸連接。
[0006]所述的線圈(5)均勻纏繞在第一 C型磁芯(6)上。
[0007]所述的永磁體轉(zhuǎn)子(11)為釹鐵硼(NdFeB)材料，選用牌號(hào)為N35。
[0008]所述的第一 C型磁芯(6)的材料為電工純鐵，選用牌號(hào)為DT4。
[0009]所述的關(guān)節(jié)殼體(10)為銷合金Al-Zn-Cu-Mg材料。
[0010]所述的轉(zhuǎn)軸的材料為不銹鋼9Crl8材料。
[0011]所述的端蓋(12)為超硬鋁7A09-T6材料。
[0012]所述的導(dǎo)電塑料電位器(8)其型號(hào)為WDD3OT-1。
[0013]本實(shí)用新型給予電磁-永磁復(fù)合驅(qū)動(dòng)技術(shù)，克服了一些傳統(tǒng)空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)的缺陷，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:
[0014]1、結(jié)構(gòu)功能一體化，關(guān)節(jié)展開機(jī)構(gòu)既是結(jié)構(gòu)件，作為鉸鏈連接太陽(yáng)能電池帆板，又是功能件，可以提供主動(dòng)扭矩，完成電池帆板的展開與收回以及電池帆板的振動(dòng)主動(dòng)控制;
[0015]2、驅(qū)動(dòng)傳感一體化，關(guān)節(jié)展開機(jī)構(gòu)內(nèi)置角位移傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)角的實(shí)時(shí)測(cè)量，便于對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制；
[0016]3、直接驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)展開機(jī)構(gòu)無需齒輪或其它減速裝置，驅(qū)動(dòng)扭矩大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的總體布置與組成示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型的電磁永磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型電池帆板展開180度時(shí)電磁-永磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)展開機(jī)構(gòu)的主視圖；
[0020]圖4a、圖4b、圖4c為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)原理示意圖；
[0021]圖5為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)部件磁場(chǎng)方向示意圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)部件中一個(gè)C型磁芯的示意圖；
[0023]圖7a為本實(shí)用新型展開O度時(shí)連接件的主視圖；
[0024]圖7b為本實(shí)用新型展開180度時(shí)連接件的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1、2、3、4所示，本實(shí)用新型基于電磁-永磁復(fù)合技術(shù)提出一種全新的空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)部件、自鎖及阻尼部件、角度傳感器和輔助及連接部件組成；驅(qū)動(dòng)部件由永磁體轉(zhuǎn)子11、轉(zhuǎn)軸9、定子環(huán)4、8個(gè)電磁體3、第一 C型磁芯6、第二 C型磁芯7、線圈5組成；自鎖及阻尼部件由導(dǎo)磁彈片15構(gòu)成；角度傳感器為導(dǎo)電塑料電位器8 ;連接部件為第一連接件1、第二連接件2、端蓋12、聯(lián)軸器14、關(guān)節(jié)殼體10。
[0026]線圈5均勻纏繞在第一 C型磁芯6和第二 C型磁芯7上，第一 C型磁芯6和第二 C型磁芯7分別焊接在電磁體3上，每個(gè)電磁體3的兩面分別和定子環(huán)4和端蓋12固聯(lián)，永磁體轉(zhuǎn)子11和轉(zhuǎn)軸9固聯(lián)并位于電磁體3所形成的磁空間內(nèi)，第一連接件I和端蓋12固聯(lián)在一起，第二連接件2和轉(zhuǎn)軸9鏈接，導(dǎo)電塑料電位器8的轉(zhuǎn)軸13和永磁體轉(zhuǎn)子9通過聯(lián)軸器14和轉(zhuǎn)軸連接。
[0027]另知，永磁體轉(zhuǎn)子11為釹鐵硼(NdFeB)材料，選用牌號(hào)為N35 ;第一C型磁芯6的材料為電工純鐵，選用牌號(hào)為DT4 ;關(guān)節(jié)殼體10為鋁合金Al-Zn-Cu-Mg材料；轉(zhuǎn)軸的材料為不銹鋼9Crl8材料；端蓋12為超硬鋁7A09-T6材料；導(dǎo)電塑料電位器8其型號(hào)為WDD3OT-1。
[0028]假設(shè)航天器的太陽(yáng)能電池帆板未展開時(shí)，永磁體和電磁體的相對(duì)位置如圖4a所示，圖中的N和S用來表明永磁體和電磁體的磁極方向，此時(shí)給電磁線圈通電，使電磁體的磁極方向與圖4b中相同，則永磁體將受到磁力作用，永磁體與電磁體1、3相斥，與電磁體2、4相互吸引，形成逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，永磁體沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90度，停在圖4b所示的位置，之后改變電磁體2、4的磁場(chǎng)方向，如圖4b所示，則永磁體與電磁體1、3相吸弓丨，與電磁體2、4相互排斥，將會(huì)沿逆時(shí)針方向再旋轉(zhuǎn)90度，停在圖4c所示的位置。永磁體轉(zhuǎn)子通過中心的軸帶動(dòng)太陽(yáng)能電池帆板轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩次90度的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)航天器的太陽(yáng)能電池帆板的180度展開。同理，也可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池帆板的收回。在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)過程中，角度傳感裝置能夠?qū)崟r(shí)反映轉(zhuǎn)動(dòng)角度以便精確的控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和扭矩，由于磁力的作用，起自鎖及阻尼作用的導(dǎo)磁彈片會(huì)和永磁體發(fā)生接觸，進(jìn)而產(chǎn)生一定的摩擦阻尼，起到一定的被動(dòng)減振效果，當(dāng)在線圈不通電時(shí)，由于這些彈片吸附在永磁體外表面，可以使永磁體停在或穩(wěn)定在某一角度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)部件、自鎖及阻尼部件、角度傳感器和連接部件組成，其特征在于:驅(qū)動(dòng)部件由永磁體轉(zhuǎn)子(11)、轉(zhuǎn)軸(9)、定子環(huán)(4)、8個(gè)電磁體(3)、第一 C型磁芯(6)、第二 C型磁芯(7)、線圈(5)組成；自鎖及阻尼部件由導(dǎo)磁彈片(15)構(gòu)成；角度傳感器為導(dǎo)電塑料電位器(8);連接部件為第一連接件(1)、第二連接件(2)、端蓋(12)、聯(lián)軸器(14)、關(guān)節(jié)殼體(10);線圈(5)纏繞在第一C型磁芯(6)和第二 C型磁芯(7)上，第一 C型磁芯(6)和第二 C型磁芯(7)分別焊接在電磁體(3)上，每個(gè)電磁體(3)的兩面分別和定子環(huán)(4)和端蓋(12)固聯(lián)，永磁體轉(zhuǎn)子(11)和轉(zhuǎn)軸(9)固聯(lián)并位于電磁體(3)所形成的磁空間內(nèi)，第一連接件(I)和端蓋(12)固聯(lián)在一起，第二連接件(2)和轉(zhuǎn)軸(9 )鏈接，導(dǎo)電塑料電位器(8 )的轉(zhuǎn)軸(13 )和永磁體轉(zhuǎn)子(9 )通過聯(lián)軸器(14 )和關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的線圈(5)均勻纏繞在第一 C型磁芯(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的永磁體轉(zhuǎn)子(11)為釹鐵硼(NdFeB)材料，選用牌號(hào)為N35。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的第一 C型磁芯(6)的材料為電工純鐵，選用牌號(hào)為DT4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的關(guān)節(jié)殼體(10)為鋁合金Al-Zn-Cu-Mg材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)軸的材料為不銹鋼9Crl8材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的端蓋(12)為超硬鋁7A09-T6材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的導(dǎo)電塑料電位器(8)其型號(hào)為WDD3OT-1。
【專利摘要】一種空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)部件、自鎖及阻尼部件、角度傳感器、輔助和連接部件組成，驅(qū)動(dòng)部件主要包括永磁體轉(zhuǎn)子、定子環(huán)、電磁體、C型磁芯和線圈；自鎖及阻尼部件由導(dǎo)磁彈片構(gòu)成；角度傳感器采用導(dǎo)電塑料電位器；輔助及連接部件主要包括轉(zhuǎn)軸、殼體、連接太陽(yáng)能電池帆板的連接件及端蓋等。本實(shí)用新型基于電磁-永磁相互作用原理，利用第三代稀土永磁材料—釹鐵硼作為主要驅(qū)動(dòng)元件，提出了一種新的空間太陽(yáng)能電池帆板展開機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)功能、驅(qū)動(dòng)、傳感的一體化，質(zhì)量的輕型化，克服現(xiàn)有展開機(jī)構(gòu)的不足，增強(qiáng)了展開機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。
【IPC分類】B64G1-44, H02S30-20
【公開號(hào)】CN204334449
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420331283
【發(fā)明人】曹振, 曹建樹
【申請(qǐng)人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年6月20日