一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板转让专利
申请号 : CN201910879301.9
文献号 : CN110562489B
文献日 : 2021-04-09
发明人 : 杨晓东 , 李伟 , 宋海云 , 高国儒
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板,其特征在于,由陀螺转子系统、转子调向系统、陀螺驱动盒和陀螺框架盘组成;
所述陀螺驱动盒包括第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板和第四支撑板,太阳能帆板根据需要附着于各支撑板上,所述第一支撑板一端和第二支撑板一端通过连接角码固定在一起,第一支撑板的另一端和第四支撑板的一端通过两个连接角码连接,第二支撑板的另一端和第三支撑板的一端通过角码连接,第三支撑板的另一端和第四支撑板的另一端通过角码连接在一起;
所述陀螺转子系统包括无刷电机和高精度质量块,所述高精度质量块和无刷电机通过螺栓连接,高精度质量块和无刷电机经过高精度动平衡处理后组成转子系统;
所述转子调向系统包括第一转向连接板、第二转向连接板和连接板,所述连接板和第一转向连接板通过一组连接角码固定,连接板和第二转向连接板通过另一组连接角码连接;
所述陀螺转子系统通过螺栓固定在转子调向系统上的连接板上,以便实现改变角动量方向的目的;
所述陀螺转子系统的第一转向连接板通过螺栓固定于第二支撑板,第二转向连接板通过螺栓固定于第四支撑板,以便实现调整方向后对陀螺转子系统的固定;
所述陀螺框架盘和第一陀螺驱动盒通过铰链一、铰链二连接;
所述第一陀螺驱动盒和第二陀螺驱动盒通过铰链三、铰链四连接;
所述陀螺框架盘与卫星本体中的可调速直流电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板,其特征在于:所述转子调向系统与陀螺驱动盒两侧设有滑槽用来按需求调整转子角动量方向,每侧用两个螺栓固定调整好的位置。
3.根据权利要求1所述的一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板,其特征在于:所述陀螺驱动盒通过两个铰链与陀螺框架盘进行铰接,同时所述陀螺驱动盒之间也是通过两个铰链进行铰接。
4.根据权利要求1所述的一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板,其特征在于:所述陀螺转子系统通过三个螺栓固定于转子调向系统中的连接板上。
说明书 :
一种陀螺驱动的可重复展开的太阳能帆板
技术领域
背景技术
问题导致一般的卫星和航天器系统难以携带更多的太阳能电池,为了解决太阳能电池帆板
所占体积的问题,可展开的太阳能电池帆板机构应用而生。但是传统的太阳能电池帆板展
开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,需要设计驱动相邻两个太阳能电池帆板驱动铰接结构相对转动的折叠机构,这样结构
比较复杂,增加了卫星在轨展开失败的风险,同时展开结构不可重复展开,导致了诸多不
便。在我国,对太阳能帆板有源展开机构的研究主要集中在各大高校:
单、可靠性高。但其为单块帆板展开,能够为月球车提供的电量有限,将会局限月球车其他
功能的实现,影响到其工作效率。上海交通大学设计出一种太阳能帆板关节展开机构。其基
于电磁体和永磁体之间相互作用的原理,设计出电磁—永磁体驱动关节。驱动关节用于连
接两太阳能帆板,既是结构件,又是功能件,可实现多级太阳能帆板的展开和收回。但其为
关节驱动,需要多个驱动元件,能耗较高,且机械结构和控制单元都较为复杂,对控制系统
依赖较高。
发明内容
板,它具有空间折叠比大、展开性能好、控制容易的特点,而且经Adams仿真以及实验得出此
展开机构在考虑重力作用下效果也比较好,而在太空中将会更容易实现其功能,而且重复
展开也便于控制。
定在一起,第一支撑板的另一端和第四支撑板的一端通过两个连接角码连接,第二支撑板
的另一端和第三支撑板的一端通过角码连接,第三支撑板的另一端和第四支撑板的另一端
通过角码连接在一起。
连接。
正反转即可控制太阳能帆板展开或收拢;控制过程简单,实现了太阳能帆板一体化的设计
制备,重量较轻,同时太阳能帆板面积也有一定提升,展开可靠性经Adams仿真和简化实验
得出重复展开效果很好,除此之外本发明虽然利用单框架陀螺进动原理但是更具特色的
是,将多个转子系统通过共用一个陀螺框架盘进而实现陀螺进动,以达到重复展开太阳能
帆板的目的。
附图说明
接板,13‑第一转向连接板,14‑第二转向连接板。
具体实施方式
向连接板(13)。
第一支撑板(2)的另一端和第四支撑板(5)的一端通过两个连接角码连接,第二支撑板(3)
的另一端和第三支撑板(4)的一端通过两个角码连接,同时第三支撑板(4)的另一端和第四
支撑板(5)的另一端通过两个角码连接在一起,其中第一、三支撑板是长、宽、高为10m×8m
×0.3m的长方体,第二、四支撑板是长、宽、高为8m×3m×0.3m的长方体。
接板(12)上。
接板(14)同理也通过四个连接角码连接,其中第一、二转向连接板是长、宽、高为1.5m×
1.5m×0.3m的长方体,连接板是长、宽、高为8.8m×1.5m×0.3m的长方体。
通过两个螺栓固定于第四支撑板(5),以便实现对转子角动量调向后的固定。
ω而陀螺力矩MG=M0=JZω×Ω。式中JZ是陀螺对自转轴z的转动惯量。
向的夹角约为135度,第二陀螺盒体角动量方向与陀螺框架盘角速度Ω方向的夹角约为135
度。其次通过STM32单片机编程输出PWM波驱动无刷电机带动高精度质量块也即转子系统以
高速角速度ω(顺着转子对称轴看去初始状态即图2(a)、2(b)状态两个转子角速度方向均
为逆时针方向)实现陀螺绕其对称轴高速自转,然后通过伺服电机带动陀螺框架盘以角速
度Ω(逆时针)转动,实现陀螺以角速度Ω进动,根据陀螺近似理论,即可实现太阳能帆板由
图2(a)、2(b)初始收拢状态到图1的展开状态。
量方向发生了变化,具体角动量方向的变化在图1,图2(a)、2(b)均已标明,此时,只需要让
带动陀螺框架盘的的伺服电机反转即可实现由图1展开状态到图2(a)、2(b)收拢状态,由此
可以根据陀螺进动原理实现太阳能帆板的重复展开。