滑动式太阳能电池帆板展开机构及展开方法与流程

本发明涉及航天卫星技术领域，特别是涉及一种滑动式太阳能电池帆板展开机构及展开方法。

背景技术：

对于卫星来说，太阳能电池帆板是目前卫星的主要电源供电系统，是整个卫星系统的核心部件之一，其直接影响着整颗卫星的性能。传统的微小卫星太阳能电池帆板结构主要是采用贴片式和机械展开式两种。贴片式的结构主要是利用在卫星的外表面贴装太阳能电池板来实现，其主要的优点是直接安装在卫星的表面，没有展开的步骤，增加了供电系统的可靠性。但是由于其发电量直接与卫星的表面面积和卫星的在轨姿态相关，所以在电量供应上将会大打折扣，影响整个卫星的性能。而机械展开式的结构主要是通过刚性折叠展开的方式，需要在相邻两个太阳能电池帆板之间设置铰接结构，以及需要设计驱动相邻两个太阳能电池帆板通过铰接结构相对转动的折叠机构等等，因此结构比较复杂，增加了卫星在轨展开失败的风险。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的太阳能电池帆板或电量供应受限、或结构复杂等问题，提供一种结构简单，使用可靠，能够满足电量供应的滑动式太阳能电池帆板展开机构，同时还提供了一种滑动式太阳能电池帆板的展开方法。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种滑动式太阳能电池帆板展开机构，包括：一级太阳能电池帆板支撑架，用于安装一级太阳能电池帆板；

二级太阳能电池帆板支撑架，可滑动地设置于一级太阳能电池帆板支撑架，用于安装二级太阳能电池帆板；

驱动组件，设置在一级太阳能电池帆板支撑架上，且与二级太阳能电池帆板支撑架传动连接，用于对二级太阳能电池帆板支撑架施加驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架重叠的位置；

弹性件，设置在一级太阳能电池帆板支撑架与二级太阳能电池帆板支撑架之间；二级太阳能电池帆板支撑架位于与一级太阳能电池帆板支撑架重叠的位置时，弹性件积蓄弹性变形；当驱动组件对二级太阳能电池帆板支撑架不施加驱动力时，二级太阳能电池帆板支撑架在弹性件施加的弹性作用力下，沿一级太阳能电池帆板支撑架所在平面运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架展开的位置。

在其中一个实施例中，驱动组件包括驱动轮、驱动绳缆和驱动电机；驱动电机设置在一级太阳能电池帆板支撑架上，且与驱动轮传动连接，用于带动驱动轮转动；

驱动绳缆的一端与驱动轮连接，另一端与二级太阳能电池帆板支撑架连接；当驱动轮朝第一方向转动时，驱动绳缆卷收于驱动轮上。

在其中一个实施例中，驱动绳缆为两个；驱动轮具有两个卷线槽，两个驱动绳缆能够分别卷收于两个卷线槽中。

在其中一个实施例中，一级太阳能电池帆板支撑架上设置有支撑杆，支撑杆的两端均设有滑轮，两个驱动绳缆分别与两个滑轮抵接。

在其中一个实施例中，滑动式太阳能电池帆板展开机构还包括滑轮组件，滑轮组件设置在二级太阳能电池帆板支撑架上，驱动绳缆的与二级太阳能电池帆板支撑架连接的一端绕过滑轮组件固定于二级太阳能电池帆板支撑架。

在其中一个实施例中，弹性件为压缩弹簧；压缩弹簧的一端固定于一级太阳能电池帆板支撑架的第一端，压缩弹簧的另一端固定于二级太阳能电池帆板支撑架上；当二级太阳能电池帆板支撑架位于与一级太阳能电池帆板支撑架重叠的位置时，压缩弹簧被压缩。

在其中一个实施例中，弹性件为拉力弹簧；拉力弹簧的一端固定于一级太阳能电池帆板支撑架的第二端，拉力弹簧的另一端固定于二级太阳能电池帆板支撑架上；当二级太阳能电池帆板支撑架位于与一级太阳能电池帆板支撑架重叠的位置时，拉力弹簧被拉伸。

在其中一个实施例中，一级太阳能电池帆板支撑架上设置有滑槽，二级太阳能电池帆板支撑架滑设于滑槽内。

在其中一个实施例中，二级太阳能电池帆板支撑架上设置有与滑槽滑动配合的滑杆，滑杆垂直于滑槽的延伸方向，且滑杆的两端分别与滑槽的两侧壁抵接。

在其中一个实施例中，一级太阳能电池帆板支撑架与二级太阳能电池帆板支撑架之间设有滑动连接组件；

滑动连接组件设置于一级太阳能电池帆板支撑架与二级太阳能电池帆板支撑架相互配合的两个表面之间。

在其中一个实施例中，滑动连接组件包括多个滚珠；一级太阳能电池帆板支撑架与二级太阳能电池帆板支撑架相互配合的两个表面形成有导槽，多个滚珠安装于导槽内。

一种如上述的滑动式太阳能电池帆板展开机构的展开方法，包括以下步骤：

通过驱动组件对二级太阳能电池帆板支撑架施加驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架重叠的位置；

通过驱动组件释放对二级太阳能电池帆板支撑架施加的驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架在弹性件的弹力作用下运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架展开的位置。

上述滑动式太阳能电池帆板展开机构至少具有以下技术效果：

采用二级太阳能电池帆板支撑架滑动设置于一级太阳能电池帆板支撑架的结构，在展开前，二级太阳能电池帆板支撑架叠缩在一级太阳能电池帆板支撑架内部；在展开时，二级太阳能电池帆板支撑架在弹性件的弹性作用力下相对一级太阳能电池帆板支撑架展开，使得二级太阳能电池帆板相对于一级太阳能电池帆板展开。这样，在卫星发射的时候可以减小整个太阳能电池帆板的体积，而在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板能够展开以保证对卫星的电量供应。此外，滑动式的展开结构较为可靠，不易发生展开失败的现象。并且由于展开时主要依靠弹性件的弹性力作用，因此无需设置额外的展开驱动结构，有效减轻整个太阳能电池帆板的重量。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的滑动式太阳能电池帆板展开机构的总装配结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的滑动式太阳能电池帆板展开机构的展开状态示意图；

图3为本发明一实施例提供的滑动式太阳能电池帆板展开机构的非展开状态示意图；

图4为图1所示的总装配结构对应图2的展开状态的a向示意图；

图5为图1所示的总装配结构对应图3的非展开状态的a向示意图。

其中：

001-一级太阳能电池帆板；002-二级太阳能电池帆板；

003-二级太阳能电池帆板支撑架；031-滑杆；

004-一级太阳能电池帆板支撑架；041-滑槽；

005-弹性件；

006-驱动组件；061-驱动轮；062-驱动绳缆；

007-支撑杆；008-滑轮组件；

009-滑动连接组件；

010-安装轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的滑动式太阳能电池帆板展开机构及展开方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如图1所示，本发明一实施例的滑动式太阳能电池帆板展开机构，包括：一级太阳能电池帆板支撑架004，用于安装一级太阳能电池帆板001；

二级太阳能电池帆板支撑架003，可滑动地设置于一级太阳能电池帆板支撑架004，用于安装二级太阳能电池帆板002；

驱动组件006，设置在一级太阳能电池帆板支撑架004上，且与二级太阳能电池帆板支撑架003传动连接，用于对二级太阳能电池帆板支撑架003施加驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架003运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置；

弹性件005，设置在一级太阳能电池帆板支撑架004与二级太阳能电池帆板支撑架003之间；二级太阳能电池帆板支撑架003位于与一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置时，弹性件005积蓄弹性变形；当驱动组件006对二级太阳能电池帆板支撑架003不施加驱动力时，二级太阳能电池帆板支撑架003在弹性件005施加的弹性作用力下，沿一级太阳能电池帆板支撑架004所在平面运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开的位置。

其中，一级太阳能电池帆板支撑架004可包括主支撑架和位于主支撑架两侧的副支撑架，一级太阳能电池帆板001可以安装于副支撑架上。同样地，二级太阳能电池帆板支撑架003也可包括主支撑架和位于主支撑架两侧的副支撑架，二级太阳能电池帆板002可以安装于副支撑架上。一级太阳能电池帆板支撑架004的主支撑架与二级太阳能电池帆板支撑架003的主支撑架可相对滑动地配合，以实现二级太阳能电池帆板支撑架003可滑动地设置于一级太阳能电池帆板支撑架004上。此外，一级太阳能电池帆板支撑架004上或者二级太阳能电池帆板支撑架003上可设置有与卫星对接的安装轴010。可选择地，该安装轴010设置于一级太阳能电池帆板支撑架004的主支撑架上，位于一级太阳能电池帆板支撑架004的主支撑架的远离二级太阳能电池帆板支撑架003的一端。

驱动组件006的结构形式可以为多种。作为一种可实施的方式，驱动组件006包括驱动轮061、驱动绳缆062和驱动电机(未图示)；驱动电机设置在一级太阳能电池帆板支撑架004上，且与驱动轮061传动连接，用于带动驱动轮061转动；驱动绳缆062的一端与驱动轮061连接，另一端与二级太阳能电池帆板支撑架003连接；当驱动轮061朝第一方向转动时，驱动绳缆062卷收于驱动轮061上。

其中，驱动绳缆062采用重量轻、强度大的材料制成，例如钢丝绳等等，可以有效减轻整个太阳能电池帆板的重量。以及驱动轮061和驱动电机，也均选择性能优良，重量较轻的种类。在驱动绳缆062卷收于驱动轮061的过程中，驱动轮061通过驱动绳缆062对二级太阳能电池帆板支撑架003施加驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架003运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置，当二级太阳能电池帆板支撑架003运动到位时，驱动电机停止带动驱动轮061朝第一方向转动。

具体使用过程中，可根据二级太阳能电池帆板支撑架003相对于一级太阳能电池帆板支撑架004滑动的行程，计算得到驱动轮061转动的圈数以及角度，来控制驱动电机停止带动驱动轮061朝第一方向转动的时刻，以保证二级太阳能电池帆板支撑架003能够准确运动到位，同时避免驱动绳缆062的过度拉伸。或者，可设计位置传感器来检测二级太阳能电池帆板支撑架003相对于一级太阳能电池帆板支撑架004的位置，当检测到二级太阳能电池帆板支撑架003运动到位时，通过控制器向驱动电机发送停止信号。

在其他一些实施例中，驱动组件006还可以包括驱动电机和驱动杆，驱动杆的两端分别与驱动电机和二级太阳能电池帆板支撑架003连接，驱动电机通过带动驱动杆直线运动，以带动二级太阳能电池帆板支撑架003运动。或者，驱动组件006具有其他一些结构形式，只要能够实现驱动二级太阳能电池帆板支撑架003运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置的目的即可。

弹性件005的结构形式可以为多种。作为一种可实施的方式，弹性件005为压缩弹簧；压缩弹簧的一端固定于一级太阳能电池帆板支撑架004的第一端(如图2和图3所示的一级太阳能电池帆板支撑架004的左端)，压缩弹簧的另一端固定于二级太阳能电池帆板支撑架003上；当二级太阳能电池帆板支撑架003位于与一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置时，压缩弹簧被压缩。这样，当驱动组件006对二级太阳能电池帆板支撑架003不施加前述驱动力时，二级太阳能电池帆板支撑架003在压缩弹簧的弹力作用下，能够相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开。其中，压缩弹簧也可以由其他具有压缩变形弹力的弹性件005替代。

作为另一种可实施的方式，弹性件005为拉力弹簧；拉力弹簧的一端固定于一级太阳能电池帆板支撑架004的第二端(如图2和图3所示的一级太阳能电池帆板支撑架004的右端)，拉力弹簧的另一端固定于二级太阳能电池帆板支撑架003上；当二级太阳能电池帆板支撑架003位于与一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置时，拉力弹簧被拉伸。这样，当驱动组件006对二级太阳能电池帆板支撑架003不施加前述驱动力时，二级太阳能电池帆板支撑架003在拉力弹簧的弹力作用下，能够相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开。其中，拉力弹簧也可以有其他具有拉力变形弹力的弹性件005替代。

参见图1至图5，本实施例的滑动式太阳能电池帆板展开机构，采用二级太阳能电池帆板支撑架003滑动设置于一级太阳能电池帆板支撑架004的结构，在展开前，二级太阳能电池帆板支撑架003在驱动组件006的驱动力作用下叠缩在一级太阳能电池帆板支撑架004内部(如图3)，使得二级太阳能电池帆板002相对于一级太阳能电池帆板001重叠(如图5)。在展开时，驱动组件006释放对二级太阳能电池帆板支撑架003的驱动力，则二级太阳能电池帆板支撑架003在弹性件005的弹性作用力下相对一级太阳能电池帆板支撑架004展开(如图2)，从而使得二级太阳能电池帆板002相对于一级太阳能电池帆板001展开(如图4)。

这样，在卫星发射的时候可以减小整个太阳能电池帆板的体积，而在卫星发射入轨后，太阳能电池帆板能够展开以保证对卫星的电量供应。此外，滑动式的展开结构较为可靠，不易发生展开失败的现象。并且由于展开时主要依靠弹性件005的弹性力作用，因此无需设置额外的展开驱动结构，有效减轻整个太阳能电池帆板的重量。

下面以驱动组件006为包括驱动轮061、驱动绳缆062和驱动电机的结构形式为例，具体说明本发明的滑动式太阳能电池帆板展开机构的实现过程。

参见图1至图5，在卫星发射前，整个太阳能电池帆板通过安装轴010与卫星主体对接；二级太阳能电池帆板支撑架003相对于一级太阳能电池帆板支撑架004处于重叠的状态。当卫星发射入轨后，太阳能电池帆板展开机构接收到展开信号后，驱动电机带动驱动轮061朝与第一方向相反的方向转动，通过释放驱动绳缆062以解除对二级太阳能电池帆板支撑架003的驱动力，之后二级太阳能电池帆板支撑架003在弹性件005的弹性作用力下，同二级太阳能电池帆板002一起相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开。

本实施例中，通过驱动电机带动驱动轮061对驱动绳缆062卷收和释放的过程，实现二级太阳能电池帆板支撑架003相对一级太阳能电池帆板支撑架004运动过程中的速度均匀，保证整个太阳能电池帆板展开机构展开动作的平滑性，最大程度的降低对整个卫星和航天器的姿态的影响。

参见图2和图3，作为一种可实施的方式，驱动绳缆062为两个；驱动轮061具有两个卷线槽，两个驱动绳缆062能够分别卷收于两个卷线槽中。其中，两个驱动绳缆062可以是以一级太阳能电池帆板支撑架004的主支撑架的中心轴线为轴，对称分布于主支撑架的两侧。通过两个驱动绳缆062同时驱动二级太阳能电池帆板支撑架003运动，保证二级太阳能电池帆板支撑架003被展开时的受力均匀，减小太阳能电池帆板的展开阻力，保证太阳能电池帆板的安全展开。且利用两个卷线槽分别卷首两个驱动绳缆062，避免两个驱动绳缆062卷收时相互之间的干涉，保证太阳能电池帆板的可靠运转。

作为一种可实施的方式，一级太阳能电池帆板支撑架004上设置有支撑杆007，支撑杆007的两端均设有滑轮，两个驱动绳缆062分别与两个滑轮抵接。通过支撑杆007两端的滑轮分别与两个驱动绳缆062抵接，保证两个驱动绳缆062的独立运作，且对驱动绳缆062有一定的支撑作用，同时滑轮有助于驱动绳缆062的运动顺畅性。

作为一种可实施的方式，滑动式太阳能电池帆板展开机构还包括滑轮组件008，滑轮组件008设置在二级太阳能电池帆板支撑架003上，驱动绳缆062的与二级太阳能电池帆板支撑架003连接的一端绕过滑轮组件008固定于二级太阳能电池帆板支撑架003。

假设一级太阳能电池帆板支撑架004具有相对的第一端和第二端(如图2和图3所示的一级太阳能电池帆板支撑架004的左端和右端)，二级太阳能电池帆板支撑架003具有相对的第三端和第四端(如图2和图3所示的二级太阳能电池帆板支撑架003的左端和右端)，第三端较第四端靠近第一端。驱动电机和驱动轮061设置于一级太阳能电池帆板支撑架004的第一端，则驱动绳缆062的与二级太阳能电池帆板支撑架003连接的一端可以固定于第三端，或者第四端，或者二级太阳能电池帆板支撑架003的第三端与第四端之间的位置。本实施中，滑轮组件008可以包括一组滑轮，该组滑轮设置于第四端，驱动绳缆062的与二级太阳能电池帆板支撑架003连接的一端绕过滑轮组件008固定于二级太阳能电池帆板支撑架003的第三端。这样，可以保证二级太阳能电池帆板支撑架003在受到驱动力时，整体受力均匀，而并非只是某一处受力，同时可有效减小驱动电机的驱动功率。

一实施例中，滑轮组件008还可以包括多组滑轮，多组滑轮间隔排列于二级太阳能电池帆板支撑架003的第三端与第四端之间的位置。驱动绳缆062的与二级太阳能电池帆板支撑架003连接的一端绕过靠近第四端的滑轮固定于二级太阳能电池帆板支撑架003的第三端，且其他的滑轮均与驱动绳缆062滚动接触。

参见图2和图3，作为一种可实施的方式，一级太阳能电池帆板支撑架004上设置有滑槽041，二级太阳能电池帆板支撑架003滑设于滑槽041内。当二级太阳能电池帆板支撑架003位于相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置时，二级太阳能电池帆板支撑架003几乎完全容纳于一级太阳能电池帆板支撑架004的滑槽041内，以最大程度地减小卫星发射前整个太阳能电池帆板的体积(如图5)。

进一步地，二级太阳能电池帆板支撑架003上设置有与滑槽041滑动配合的滑杆031，滑杆031垂直于滑槽041的延伸方向，且滑杆031的两端分别与滑槽041的两侧壁抵接。通过设置长度与滑槽041的宽度适配的滑杆031，保证了二级太阳能电池帆板支撑架003相对于一级太阳能电池帆板支撑架004滑动的稳定性，防止出现相对滑动时剧烈摆动的现象。同时，由于滑杆031的存在，可以减小除了滑杆031以外的二级太阳能电池帆板支撑架003与一级太阳能电池帆板支撑架004滑动配合部分的宽度，进而有效减轻整个太阳能电池帆板的重量。

在其他实施例中，一级太阳能电池帆板支撑架004与二级太阳能电池帆板支撑架003还可以通过滑轨与滑块配合的形式实现滑动连接。或者通过滑道与滚轮的形式实现滑动连接。

参见图2和图3，作为一种可实施的方式，一级太阳能电池帆板支撑架004与二级太阳能电池帆板支撑架003之间设有滑动连接组件009；滑动连接组件009设置于一级太阳能电池帆板支撑架004与二级太阳能电池帆板支撑架003相互配合的两个表面之间。滑动连接组件009可用于对二级太阳能电池帆板支撑架003与一级太阳能电池帆板支撑架004的滑动进行导向和助力。例如，在上述的二级太阳能电池帆板支撑架003滑设于一级太阳能电池帆板支撑架004的滑槽041内的实施例中，滑动连接组件009安装于二级太阳能电池帆板支撑架003与滑槽041侧壁之间的间隔内，一方面对二级太阳能电池帆板支撑架003除开滑杆031以外的部分起到支撑作用，保证二级太阳能电池帆板支撑架003滑动的稳定性，另一方面减小了二级太阳能电池帆板支撑架003与滑槽041的滑动摩擦力，有利于二级太阳能电池帆板支撑架003滑动的顺畅。

可选择地，滑动连接组件009包括多个滚珠；一级太阳能电池帆板支撑架004与二级太阳能电池帆板支撑架003相互配合的两个表面形成有导槽，多个滚珠安装于导槽内。通过多个滚珠有利于二级太阳能电池帆板支撑架003与一级太阳能电池帆板支撑架004相对滑动的顺畅性和准确性。在其他实施例中，滑动连接组件009还可以包括多个滚轮。

本发明一实施例还提供了一种如上述的滑动式太阳能电池帆板展开机构的展开方法，包括以下步骤：

通过驱动组件006对二级太阳能电池帆板支撑架003施加驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架003运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置；

通过驱动组件006释放对二级太阳能电池帆板支撑架003施加的驱动力，以使二级太阳能电池帆板支撑架003在弹性件005的弹力作用下运动至相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开的位置。

参见图1至图3，在卫星发射前，在驱动组件006的驱动力的作用下，二级太阳能电池帆板支撑架003位于相对于一级太阳能电池帆板支撑架004重叠的位置。当卫星发射入轨后，太阳能电池帆板展开机构接收到展开信号后，驱动组件006释放对二级太阳能电池帆板支撑架003施加的驱动力，之后二级太阳能电池帆板支撑架003在弹性件005的弹性作用力下，同二级太阳能电池帆002一起相对于一级太阳能电池帆板支撑架004展开。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。