太阳翼展开机构、供电装置以及航天器的制作方法

1.本发明涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一种太阳翼展开机构、供电装置以及航天器。


背景技术：

2.太阳电池阵是航天器的主要供电装置，目前广泛使用的太阳电池阵是刚性基板的折叠式太阳电池阵，亦称为太阳翼。随着航天技术的发展，航天器对电力的需求也越来越高，故需要较大面积且能在运载火箭中装载折叠的大型太阳翼来提供主要能量。随着面积的增大，刚性太阳电池阵的质量限制就成为突出问题，而柔性太阳翼因其质量轻、折展比更大的特性则可以有效的解决此难题。
3.为了使折叠的柔性太阳翼能够展开，目前，出现了一种展开机构，其依靠弹簧的弹力进行展开，从而使得与展开机构连接的柔性太阳翼展开，但是，利用这种展开机构在展开柔性太阳翼的时候，展开机构会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器产生较大的负面影响。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种太阳翼展开机构，能够避免在展开过程中对与之相关的构件及航天器产生较大的负面影响。
5.本发明还提出一种具有上述太阳翼展开机构的供电装置以及航天器。
6.根据本发明第一方面实施例的一种太阳翼展开机构，包括：底座；展开组件，所述展开组件包括展开杆系以及弹性驱动件，所述展开杆系的一端与所述底座连接，所述弹性驱动件设置于所述展开杆系上；基板连接件，所述基板连接件设置于所述展开杆系远离所述底座的一端；调速组件，所述调速组件设置于所述底座上，并与所述展开杆系调速配合；其中，所述弹性驱动件用于依靠其自身的弹力驱动所述展开杆系展开，以使所述基板连接件朝远离所述底座的方向移动，所述调速组件用于在所述展开杆系展开过程中为所述展开杆系提供平衡力，以使所述基板连接件朝远离所述底座的方向匀速移动。
7.根据本发明实施例的太阳翼展开机构，至少具有如下技术效果：
8.在上述的太阳翼展开机构中，当展开杆系在弹性驱动件的作用下展开时，即弹性驱动件用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系展开，以使基板连接件朝远离底座的方向移动的过程中，调速组件可以为展开杆系提供平衡力，阻止展开杆系的速度在弹性驱动件的作用下继续增加，使得展开杆系匀速展开，以使基板连接件朝远离底座的方向匀速移动。如此，可以解决当展开杆系在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
9.根据本发明的一些实施例，所述展开杆系包括多根连杆，多根所述连杆连接成剪叉结构，所述剪叉结构的两侧具有多个关节，每个位于所述剪叉结构的两侧的所述关节处均设置有所述弹性驱动件；
10.其中，所述关节是指两根相互转动连接的所述连杆的连接处形成的结构，设置于任一一个所述关节处的所述弹性驱动件用于驱动与该弹性驱动件对应的所述关节处的两根所述连杆展开。
11.根据本发明的一些实施例，每个位于所述剪叉结构的两侧的所述关节还包括转轴，在每个位于所述剪叉结构的两侧的所述关节中，两根所述连杆的端部相对设置，所述转轴的一端与其中一个所述连杆转动连接，另一端与另一个所述连杆转动连接；
12.所述弹性驱动件为扭簧，每个所述转轴外均套设有所述扭簧，所述扭簧用于为与该扭簧对应的所述关节处的两根所述连杆提供弹力。
13.根据本发明的一些实施例，在所有的所述连杆中，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆以及第四连杆，所述第三连杆与所述第四连杆交叉设置，且所述第三连杆与所述第四连杆转动连接，所述第三连杆与所述第四连杆配合形成第一交叉杆模组，所述第一连杆的一端与所述底座转动连接，所述第一连杆的另一端与所述第三连杆的一端连接，所述第二连杆的一端与所述底座转动连接，所述第二连杆的另一端与所述第四连杆转动连接，所述第一连杆与所述第三连杆的连接处以及所述第二连杆与所述第四连杆的连接处均构成所述关节，所述第三连杆的另一端以及所述第四连杆的另一端直接或间接与所述基板连接件转动连接；
14.所述调速组件分别与所述第一连杆以及所述第二连杆调速配合，所述调速组件用于在所述展开杆系展开过程中为所述第一连杆以及第二连杆提供平衡力。
15.根据本发明的一些实施例，所述调速组件包括调速源以及与所述调速源驱动连接的传动单元，所述传动单元分别与所述第一连杆以及所述第二连杆传动连接。
16.根据本发明的一些实施例，所述传动单元包括与所述调速源驱动连接的传动模组、固定设置于所述第一连杆与所述底座转动连接的一端上的第一力传递件、以及固定设置于所述第二连杆与所述底座转动连接的一端上的第二力传递件，所述传动模组分别与所述第一力传递件以及所述第二力传递件传动连接。
17.根据本发明的一些实施例，所述第一力传递件与所述第二力传递件相对且间隔设置，所述第一力传递件靠近所述第二力传递件的一侧设有第一传动齿，所述第二力传递件靠近所述第一力传递件的一侧设有第二传动齿；
18.所述传动模组设置于所述第一力传递件与所述第二力传递件之间，所述传动模组包括第一齿轮以及第二齿轮，所述调速源与所述第一齿轮或第二齿轮驱动连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第一齿轮远离所述第二齿轮的一侧与所述第一传动齿啮合，所述第二齿轮远离所述第一齿轮的一侧与所述第二传动齿啮合，所述调速源与所述第一齿轮或所述第二齿轮驱动连接。
19.根据本发明的一些实施例，在所述展开杆系的所有所述连杆中，还包括第五连杆以及第六连杆，所述第五连杆与所述第六连杆相互交叉设置，且所述第五连杆与所述第六连杆转动连接，所述第五连杆与所述第六连杆配合形成第二交叉杆模组；
20.所述第二交叉杆模组的数量为多组，多组第二交叉杆模组依次连接，在相邻的两组所述第二交叉杆模组中，其中一个所述第二交叉杆模组的所述第五连杆的一端与另一个所述第二交叉杆模组的所述第六连杆的一端转动连接，其中一个所述第二交叉杆模组的所述第六连杆的一端与另一个所述第二交叉杆模组的所述第五连杆的一端转动连接；
21.在多组所述第二交叉杆模组中，包括位于所有所述第二交叉杆模组的首端的首组第二交叉杆模组、以及位于所有所述第二交叉杆模组的末端的末组第二交叉杆模组；所述首组第二交叉杆模组中的所述第五连杆与所述第四连杆远离所述第二连杆的一端转动连接，所述首组第二交叉杆模组中的所述第六连杆与所述第三连杆远离所述第一连杆的一端转动连接，所述末组第二交叉杆模组中的所述第五连杆远离其余所述第二交叉杆模组的一端以及所述第六连杆远离其余所述第二交叉杆模组的一端均与基板连接件直接或间接地转动连接。
22.根据本发明第二方面实施例的供电装置，包括：如上所述的太阳翼展开机构；以及柔性太阳翼，所述柔性太阳翼的基板与所述基板连接件固定连接。
23.根据本发明实施例的供电装置，至少具有如下技术效果：
24.在上述的供电装置中，当展开杆系在弹性驱动件的作用下展开时，即弹性驱动件用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系展开，以使基板连接件朝远离底座的方向移动的过程中，调速组件可以为展开杆系提供平衡力，阻止展开杆系的速度在弹性驱动件的作用下继续增加，使得展开杆系匀速展开，以使基板连接件朝远离底座的方向匀速移动。如此，可以解决当展开杆系在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
25.根据本发明第三方面实施例的航天器，包括如上所述的供电装置。
26.根据本发明实施例的航天器，至少具有如下技术效果：
27.在上述的航天器中，当展开杆系在弹性驱动件的作用下展开时，即弹性驱动件用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系展开，以使基板连接件朝远离底座的方向移动的过程中，调速组件可以为展开杆系提供平衡力，阻止展开杆系的速度在弹性驱动件的作用下继续增加，使得展开杆系匀速展开，以使基板连接件朝远离底座的方向匀速移动。如此，可以解决当展开杆系在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
附图说明
28.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
29.图1是本发明一实施例的太阳翼展开机构的结构示意图；
30.图2是图1所示图形的a处局部放大结构示意图；
31.图3是图1所示图形的b处局部放大结构示意图；
32.图4是本发明一实施例的太阳翼展开机构的局部结构示意图。
33.附图标记：
34.100、底座；
35.200、展开组件；210、展开杆系；210a、第一交叉杆模组；210b、第二交叉杆模组；210b1、首端第二交叉杆模组；210b2、末端第二交叉杆模组；211、第一连杆；212、第二连杆；213、第三连杆；214、第四连杆；215、第五连杆；216、第六连杆；217、第七连杆；218、第八连杆；220、弹性驱动件；230、关节；
36.300、基板连接件；
37.400、调速组件；410、调速源；420、传动单元；421、传动模组；4211、第一齿轮；4212、第二齿轮；422、第一力传递件；4221、第一传动齿；423、第二力传递件；4231、第二传动齿。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.如图1所示，一实施例涉及的一种太阳翼展开机构，包括底座100、展开组件200、基板连接件300以及调速组件400。
42.如图1、图2所示，展开组件200包括展开杆系210以及弹性驱动件220，展开杆系210的一端与底座100连接，另一端与基板连接件300连接，弹性驱动件220设置于展开杆系210上；调速组件400设置于底座100上，并与展开杆系210调速配合；其中，基板连接件300用于连接柔性太阳翼的基板，弹性驱动件220用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系210展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向移动，调速组件400用于在展开杆系210展开过程中为展开杆系210提供平衡力，以使基板连接件300朝远离底座100的方向匀速移动。
43.首先需要说明的是，展开杆系210的展开采用弹性驱动件220作为其动力源，弹性驱动件220的力矩裕度需要保证能够使展开杆系210顺利展开。根据胡克定律：弹性驱动件220在发生弹性形变时，弹性驱动件220的弹力f和弹性驱动件220的形变量x成正比，即f＝-k
·
x；其中，k是弹性驱动件220的弹性系数，它只由材料的性质所决定，与其他因素无关；负号表示弹性驱动件220所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。因为弹性驱动件220具有足够的力矩裕度能够使展开杆系210顺利展开，如此，在没有调速组件400的情况下，弹性驱动件220会造成展开杆系210的展开速度随着展开距离的增加而增大(即展开杆系210的展开速度会随着基板连接件300相对于底座100的距离的增加而增大)，当展开杆系210在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响。
44.在上述的太阳翼展开机构中，当展开杆系210在弹性驱动件220的作用下展开时，即弹性驱动件220用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系210展开，以使基板连接件300朝远
离底座100的方向移动的过程中，调速组件400可以为展开杆系210提供平衡力，阻止展开杆系210的速度在弹性驱动件220的作用下继续增加，使得展开杆系210匀速展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向匀速移动，进而使得柔性太阳翼匀速展开。如此，可以解决当展开杆系210在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
45.进一步的，当展开杆系210带动柔性太阳翼完全展开后，调速组件400与弹性驱动件220能够共同为展开杆系210提供作用力，从而为柔性太阳翼提供使其张紧的张力，防止柔性太阳翼松驰。
46.进一步需要说明的是，展开杆系210在弹性驱动件220的作用下展开的初始阶段，调速组件400同步开启，调速组件400为展开杆系210提供的平衡力为可控的，如此，可以保证在柔性太阳翼的展开时间满足要求的前提下，又能够保证展开杆系210能够匀速展开。
47.如图1、图2所示，在其中一个实施例中，展开杆系210包括多根连杆，多根连杆连接成剪叉结构，在剪叉结构的两侧具有多个关节230，关节230是指两根连杆的连接处形成的结构，具体而言，每个关节230均包括两根相互转动连接的连杆的端部。每个位于剪叉结构的两侧的关节处均设置有弹性驱动件220，设置于任一一个关节230处的弹性驱动件220用于驱动与该弹性驱动件220对应的关节230处的两根连杆展开。如此，展开杆系210可以在所有的弹性驱动件220的作用下展开。
48.如图2所示，更具体的，每个位于剪叉结构的两侧的关节230还包括转轴，在位于剪叉结构的两侧的每个关节中，两根连杆的端部相对设置，转轴的一端与其中一个连杆转动连接，另一端与另一个连杆转动连接；弹性驱动件220为扭簧，每个转轴外均套设有扭簧，扭簧用于为与该扭簧对应的关节230处的两根连杆提供弹力，以使该两根连杆之间的夹角增大，从而使得整个展开杆系210展开。
49.如图1所示，在其中一个实施例中，在所有的连杆中，包括第一连杆211、第二连杆212、第三连杆213以及第四连杆214，第三连杆213与第四连杆214交叉设置，且第三连杆213与第四连杆214转动连接，第三连杆213与第四连杆214配合形成第一交叉杆模组210a，第一连杆211的一端与底座100转动连接，第一连杆211的另一端与第三连杆213的一端连接，第二连杆212的一端与底座100转动连接，第二连杆212的另一端与第四连杆214转动连接，第一连杆211与第三连杆213的连接处以及第二连杆212与第四连杆214的连接处均构成关节，第三连杆213的另一端以及第四连杆214的另一端直接或间接与基板连接件300转动连接。
50.调速组件400分别与第一连杆211以及第二连杆212调速配合，调速组件400用于在展开杆系210展开过程中为第一连杆211以及第二连杆212提供平衡力，以使第一连杆211以及第二连杆212均以速度大小不变的方式逐渐靠拢，且在第一连杆211以及第二连杆212逐渐靠拢的过程中，第一连杆211与第二连杆212的速度大小相同。通过为第一连杆211以及第二连杆212提供平衡力，以使第一连杆211以及第二连杆212均以速度大小不变的方式逐渐靠拢，如此，可以使得整个展开杆系210匀速展开。
51.如图3、图4所示，具体的，调速组件400包括调速源410以及与调速源410驱动连接的传动单元420，传动单元420分别与第一连杆211以及第二连杆212传动连接。调速源410用于为传动单元420提供动力，使得传动单元420为第一连杆211以及第二连杆212提供平衡力。
52.进一步的，传动单元420包括与调速源410驱动连接的传动模组421、固定设置于第一连杆211与底座100转动连接的一端上的第一力传递件422、以及固定设置于第二连杆212与底座100转动连接的一端上的第二力传递件423，传动模组421分别与第一力传递件422以及第二力传递件423传动连接。
53.更进一步的，第一力传递件422与第二力传递件423相对且间隔设置，第一力传递件422靠近第二力传递件423的一侧设有第一传动齿4221，第二力传递件423靠近第一力传递件422的一侧设有第二传动齿4231，传动模组421设置于第一力传递件422与第二力传递件423之间，传动模组421包括第一齿轮4211以及第二齿轮4212，第一齿轮4211与第二齿轮4212啮合，且第一齿轮4211设置于第二齿轮4212靠近第一力传递件422的一侧，第一齿轮4211远离第二齿轮4212的一侧与第一传动齿4221啮合，第二齿轮4212远离第一齿轮4211的一侧与第二传动齿4231啮合，调速源410与第一齿轮4211或第二齿轮4212驱动连接。
54.具体的，调速源410为电机，电机的输出轴固定地穿设于第一齿轮4211内。在展开杆系210展开过程中，第一连杆211与第二连杆212均朝相互靠拢的方向转动，第一连杆211以及第二连杆212在转动时，分别通过第一力传递件422以及第二力传递件423带动第一齿轮4211以及第二齿轮4212转动。当电机启动时，电机能够为第一齿轮4211提供转动的平衡力，从而使得第一连杆211以及第二连杆212均以速度大小不变的方式逐渐靠拢。当然，在其他实施例中，电机的输出轴固定地穿设于第二齿轮4212内。
55.更具体的，第一力传递件422靠近第二力传递件423的一侧为呈弧形排布的齿状结构，第二力传递件423靠近第一力传递件422的一侧也为呈弧形排布的齿状结构。
56.进一步的，第一力传递件422与第二力传递件423的大小一致，第一齿轮4211与第二齿轮4212的大小一致，如此，当电机启动时，能够使第一连杆211以及第二连杆212在逐渐靠拢的过程中，保证速度大小相同。
57.需要说明的是，电机的初始转速可以根据需求确定，通过控制电机的初始转速，可以控制第一连杆211与第二连杆212的匀速靠拢的速度，继而保证展开杆系210的匀速展开速度，从而控制展开杆系210的展开时长。
58.如图1所示，在其中一个实施例中，在展开杆系210的所有的连杆中，还包括第五连杆215以及第六连杆216，第五连杆215与第六连杆216相互交叉设置，且第五连杆215与第六连杆216转动连接，第五连杆215与第六连杆216配合形成第二交叉杆模组210b；
59.第二交叉杆模组210b的数量为多组，且多组第二交叉杆模组210b依次连接，在相邻的两个第二交叉杆模组210b中，其中一个第二交叉杆模组210b的第五连杆215的一端与另一个第二交叉杆模组210b的第六连杆216的一端转动连接，其中一个第二交叉杆模组210b的第六连杆216的一端与另一个第二交叉杆模组210b的第五连杆215的一端转动连接。
60.在多组第二交叉杆模组210b中，包括位于所有第二交叉杆模组210b的首端的首组第二交叉杆模组210b1、以及位于所有第二交叉杆模组210b的末端的末组第二交叉杆模组210b2。首组第二交叉杆模组210b1中的第五连杆215与第四连杆214远离第二连杆212的一端转动连接，首组第二交叉杆模组210b1中的第六连杆216与第三连杆213远离第一连杆211的一端转动连接，末组第二交叉杆模组210b2中的第五连杆215远离其余第二交叉杆模组210b1的一端以及第六连杆216远离其余第二交叉杆模组210b1的一端均与基板连接件300直接或间接地转动连接。
61.更具体的，在展开杆系210的所有的连杆中，还包括第七连杆217以及第八连杆218，第七连杆217的一端与末组第二交叉杆模组210b中的第六连杆216远离其余第二交叉杆模组210b的一端转动连接，第七连杆217的另一端与基板连接件300转动连接，第八连杆218的一端与末组第二交叉杆模组210b2中的第五连杆215远离其余第二交叉杆模组210b的一端转动连接，第八连杆218的另一端与基板连接件300转动连接。
62.如图1所示，一实施例还涉及一种供电装置，包括如上所述的太阳翼展开机构以及柔性太阳翼，太阳翼展开机构与柔性太阳翼的基板固定连接。
63.在上述的太阳翼展开机构中，当展开杆系210在弹性驱动件220的作用下展开时，即弹性驱动件220用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系210展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向移动的过程中，调速组件400可以为展开杆系210提供平衡力，阻止展开杆系210的速度在弹性驱动件220的作用下继续增加，使得展开杆系210匀速展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向匀速移动。如此，可以解决当展开杆系210在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
64.一实施例还涉及一种航天器，包括如上所述的供电装置。
65.在上述的太阳翼展开机构中，当展开杆系210在弹性驱动件220的作用下展开时，即弹性驱动件220用于依靠其自身的弹力驱动展开杆系210展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向移动的过程中，调速组件400可以为展开杆系210提供平衡力，阻止展开杆系210的速度在弹性驱动件220的作用下继续增加，使得展开杆系210匀速展开，以使基板连接件300朝远离底座100的方向匀速移动。如此，可以解决当展开杆系210在到达最大展开位置时会产生较大的冲击，对与之相关的构件及航天器都会产生较大的负面影响的问题。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。